Brevet FR2011874A1 — publié le 19700313

La présente invention concerne un mécanisme de commande pas à pas comprenant une roue à rochet entraînée en alternance par deux cliquets pour obtenir un mouvement de rotation0 De tels mécanismes de commande de pas à pas qui permettent d'obtenir un mouvement de rotation, sont déjà connus (se reporter par exemple à l'ouvrage "Bauelemente der Feinmechanik" de MM. Richter et v. Voss, paru aux éditions VEB Verlag Technik Berlin, 1959, pages 461 et 462.). Ces mécanismes de commande pas à pas fonctionnent le plus souvent -au moyen de cliquets actionnés par à-coups par un électro-aimant et agissant sur des organes tournants qui présentent des sortes de dents et sont désignés ci-après par le terme de roue à rochet. Un problème important qu'il s'agit de résoudre sur de tels mécanismes de commande pas à pas est l'obtention d'un mouvement aussi régulier que possible,- fait qui n'a trouvé qu'une solution incomplète dans les mécanismes de pas à pas connus jusqu'à cette date.C'est ainsi qui faut dans les mécanismes connus prendre des mesures particuliàres pour éviter d'une part une lancée trop forte de la roue i-rochet-par les cliquets et d'autre part un contact trop sec entre les cliqueta et la denture de la roue à rochet au début du pivotement. Lorsqu'on examine plus en détail les mécanismes de commande de pas à pas avec engrènement radial des cliquets, on voit sur les modèles connus que l'action des cliquets sur les dents de la roue à rochet -défavorable du point de vue mécanisme - provoque des efforts importants qui entrainent une usure qui est loin entre négligeable.Si de tels mécanismes de commande pas à pas sont maintenant utilisés pour mettre en mouvement des masses plus importante un manque d'uniformité dans le déroulement du mouvement se fait sentir défavorablement à la fois par des secousses communiquées à toute Il installation et par une usure élevée résultant de l'entraînement par à-coups. La présente invention se propose donc de créer u#mécanis me de commande de pas à pas, étudié et construit pour obtenir un mouvement d'une grande régularité lorsque la roue à rochet est entraînée par un ou plusieurs cliquets, de façon que la mise en mouvement de masses importantes reliées à la roue à rochet n'entraîne aucune sollicitation mécanique inadmissible du mécanisme de commande, ceci afin de limiter au maximum l'effet d'usure. En partant d'un mécanisme de commande pas à pas comprenant une roue à rochet entraînée en alternance par deux cliquets pour produire un mouvement de rotation, on obtient le résultat recherché par l'invention en couplant chaque cliquet avec un moyen d'entraînement faisant amortisseur ou frein pendant la phase passi- ve. En utilisant deux cliquets entraînés séparément, on obtient une certaine compensation des forces aussi bien au ieaqt où le couple de rotation est appliqué à la roue i rochet qu'au moment de la dissipation de l'énergie de rotation inhérente à la roue à rochet à la fin de son pivotement qui correspond respectivement à un pas0 Suivant un mode d réalisation préféré de l'invention, la roue à rochet comporte une came qui est attaque radialement par les cliquets munis de petits galet Dans un mode préféré de l'invention, le premier cliquet est entraîné par un moteur de commande hydraulique ou pneumatique alors que le second cliquet est actionné par un accumulateur d'éner- gie, l'énergie d'entraînement communiquée à la roue à rochet par l1accumulateur d'énergie et le second cliquet devant -;tre emmaga sinée pendant la phase d'entratnement du premier cliquet. Toujours dans un mode de réalisation préféré de l'invention, il est prévu un dispositif commutateur grâce auquel le moteur de commande ou servo-moteur est inversé par le premier cliquet au moment où celui-ci atteint le point le plus bas de la courbe décroissant vers l-'axe de rotation de la came, de sorte que le servo-moteur agisse à la manière d'un amortisseur sur le premier cliquet lorsque celui-ci se déplace radialement vers l'extérieur. La forme de la came est établie de telle façon qu'un des cliquets au moins'soit toujours en mesure d'exercer un couple-sur la roue à rochet, ctest-h-dire qu'il n'y a jamais de point mort. -Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, ce résultat est atteint par le fait que - vu le sens d'actionne ment de la roue à rochet - le flanc ascendant de la came étend sur un secteur de cercle plus important que le flanc descendant. Âu- début du mouvement de rotation, un couple est appliqué à la roue à rochet, conformément à l'invention, grâce au servo-moteur hydraulique et le premier cliquet; simultanément, une partie du couple agissant sur la roue à rochet est utilisées grâce à un déplacement du second cliquet par ladite roue à rochet9 pour charger l'accumulateur d'énergie relié à ce deuxième cliquet Une fois que le premier cliquet actionné par le servo-moteur a atteint sa seconde position extrême, la totalité de l'énergie délivrée par le servo-moteur aura été communiquée à la roue à rochet qui en aura conservé une partie sous forme d'énergie cynétique (énergie de rotation)0 Par ailleurs, le second cliquet se trouve, à cet instant précis, à la première position extrême de façon que l'accumulateur qui en est solidaire ait emmagasiné un maximum d'énergie Par suite de l'énergie de rotation communiquée à la roue à rochet, celle-ci continue à tourner et le second cliquet se déplace maintenant en direction de sa deuxième position extrême, sous l'influence de l'accumulateur d'énergie, et communique à la roue à rochet un couple supplémentaire engendré par l'énergie emmagasinée dans l'accumulateur ce couple étant juste suffisat pour vaincre les forces de frottement qui s'appliquent à la roue à rochet et aux pièces pivotantes qui en sont solidaires.Au cours de cette seconde-phase de la rotation de la raie à rochet,le premier cliquet qui coopère directement avec le servo-moteur hydrau- lique est déplacé de sa deuxième position extrême vers sa première position extreme, le servo-moteur ayant été commuté, de préférence par voie hydraulique, - lorsque le premier cliquet se trouvait à la seconde position extrême - pour qu'il agisse maintenant sur ce premier cliquet comme un organe amortisseur QU freins Grâce à la capacité d'amortissement du moteur, l'énergie de rotation de la roue à rochet est dissipée d'une façon homogène, de sorte que toute cette énergie cynétique soit sensiblement détruite lorsque le premier cliquet atteint sa première et le second cliquet sa deuxième position extrême : la roue à rochet s'immobilise pratiquement-sans qu'il soit nécessaire de prévoir à cet effet des butées mécaniques. Grâce à ce mode de fonctionnement du mécanisme de commande pas à pas selon l'invention, il est possible d'obtenir un déplacement particulièrement fluide et sans à-coups du mécanisme lui-même et des installations qu'il entraîne. On parvient ainsi à éviter les secousses et les sollicitations par à-coups qui se produisent dans les mécanismes de commande pas à pas -connus pendant les phases d'accélération et de freinage, de sorte que l'usure des pièces mécaniques est très faibles Suivant une autre caractéristique de l'invention servo-moteur actionne encore un cliquet deverrouillage qui senga ge dans les évidements d1un disque solidaire de la came.Ce cliquet de verrouillage est par exemple raccordé au servo-moteur de commande par un système de transmission approprié, afin qu'il soit dégagé automatiquement des encoches du disque solidaire de la came, au début d'un déplacement longitudinal du servo-moteur de commande, et engagé, également de façon automatique, dans une autre encoche du disque une fois le servo-moteur revenu à sa position de repos0 Dans un second mode de réalisation de l'invention, on prévoit pour ltentratnement du second cliquet un véritable servo-moteur, mais de taille plus petite.De préférence, ce petit servo-moteur est constamment alimenté avec du fluide sous pression, de sorte que son piston s'enfonce dans le cylindre à l'encontre du fluide sous pression-pendant la phase passive où il sert d'amortisseur et exerce, sous l'action du fluide sous pression, une force sur la roue à rochet pendant la phase active ou de travail0 in dimensionnant de façon adéquate les pièces de ce petit servo-moteur, il est possible d'obtenir une meilleure linéarité entre la course - du piston et la force appliquée par le servo-moteur que pour la caractéristique- course-force d'un accumu- lateur d'énergie utilisant un ressort hélicoïdal. Le mécanisme de commande pas à pas suivant l'in- vent ion peut être utilisé avantageusement pour entratner un maga- sin à tambour afin d'amener en particulier des engins téléguidés ou misses à une position permettant de recharger le dispositif de lancement. Le dispositif d'entraînement d'un tel magasin à tambour doit satisfaire en effet à des spécifications très sévères en ce qui concerne la régularité du mouvement de rotation et la définition des différents déplacements du mouvement pas à pas; de plus, il faut nécessairement accélérer et freiner dea masses importantes. On peut donc conclure que le mécanisme de commande pas à pas suivant l'invention peut avantageusement trouver une application dans un tel magasin à tambour. Pour mieux comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire à titre indicatif et non limitatif plusieurs modes de réalisation représentés sur le dessin annexé sur lequel: la figure 1 représente un mécanisme de commande pas à pas suivant l'invention en position de repos; la figure 2 représente le mécanisme de commande pas à pas de la figure 1 après l'accomplissement d'un demi-pas; la figure 3 représente le mécanisme de commande pas à pas juste avant d'atteindre la position de repos; la figure 4 est une vue schématique du dispositif inverseur équipant le servo-moteur de commande; la figure 5 représente un détail d'un second mode de réalisation du mécanisme de commande pas à pas dans lequel on utilise un second servo-moteur. Une roue à rochet 1 est disposée de façon qu'elle soit, par exemple, directement solidaire d'un magasin à tambour 22 non représenté en détail sur le dessin, de façon que ce magasin t tambour pivote également d'un pas à chaque pas de la roue à rochet0 Cette roue à rochet 1 se compose d'une came 2 et dtun disque 3, de préférence circulaire, qui comporte plusieurs viteient s 4 qui correspondent chaque fois t un pas de la roue t rochet et dans lesquels s'engage à tour de râle un cliquet de verrouillage 5 pour bloquer mécaniquement la roue t rochet dans la position correspondante. il est prévu, en outre, un premier cliquet d'en tratnement 6 muni d'un galet tournant 7 qui se déplace sur les flancs de la came 2 en forme de pignon de la roue t rochet 1. Ce cliquet 6 peut pivoter autour d'un axe 8, de manière que le cliquet agisse en quelque sorte radicalement sur la roue t rochet 1. Le cliquet d'entraînement 6 est actionné par un moteur de commande ou servo-moteur 9 dont la tige de piston s'articule sur le cliquet 6 de manière à permettre un pivotement autour d'un axe perpendiculaire au cliquet 6.Le servo-moteur 9 est encore relié, de façon articul par rapport t un autre axe parallble au premier, à un cliquet de verrouillage 5 pouvant lui-meme pivoter autour d'un axe 12- Le servo-moteur 9 est en outre raccordé à un commutateur hydrau lique 20, représenté plus en détail sur la figure 4, qui inverse le mouvement chaque fois que le servo-moteur 9 se trouve en fin de course. L'extrémité opposée à l'axe 12 du cliquet de verrouillage 5 est montée sur un appui de roulement 13, de manière t permettre une rotation autour de ltaxe vertical 12 dans le plan horizontale Le cliquet de verrouillage 5 comporte un galet 14 qui s'engage à tour de rôle dansa les évidements 4 du dis que circulaire 5 de la roue à rochet le Â proximité du point d'articulation du cliquet de verrouillage 5 sur le servo-moteur 9 est prévu un ressort à boudin 15 dont l'autre extrémité est fixée à une butée 16 non représentée en détail sur le dessin, le ressort à boudin 15 exerçant une force de rappel sur le cliquet de verrouillage 5 lors- que celui-ci pivote autour de l'axe 12. Sensiblemer en face du cliquet d'entraînement 6 est disposé un second cliquet d'entraînement 17 agissant sur la roue à rochet 1 et pouvant pivoter autour de l'axe 11. Ce cliquet 17 est muni d'un galet 18 par lequel il s'appuie sur les flancs de la came 2 en forme de pignon.Un accumulateur d'énergie 19 comprenant un ressort hélicoïdal s'articule sur le cliquet d'entraînement 17, à l'extrémité opposée à l'axe de rotation 11, de façon à permettre un pivotement du cliquet 17 par rapport à l'accumulateur d'énergie 19 dans un plan horizontale -Grfice au-commutateur 20 représenté plus en détail sur la figure 4, le servo-moteur 9 est alimenté avec un fluide sous pression, de type hydraulique ou pneumatique, l'arrivée du fluide se faisant par une conduite de pression 21. Ce fluide agit par l'intermédiaire d'un premier étranglement réglable 22 et d'un distributeur 23 de telle façon sur le servo-moteur 9 que l'ouverture du distributeur 23 provoque la "sortie" du piston 91 du cylindre du servo-moteur 9.L'autre extrémité du servo-moteur 9 est reliée à une conduite de retour 24. Lorsque le piston 91 du servo-moteur 9 atteint l'une ou l'autre position extrSme, le distributeur 23 est chaque fois commuté, de telle façon, par exemple au moye n d'un pilotage électrique, que dans la position la plus rentrée da piston 91 la conduite de pression-21 est en communication avec le servo-moteur- 9, par l'iirtermédiaire de l'étranglement 22 et du raccord 25, alors que dans la position la plus sortie du piston 91 le raccord 25 du servo-moteur 9 est relié par un second étranglement 26 à la conduite de retour 240 Grâce à ce distributeur 23 commuté automatiquement chaque fois que le piston 91 du servo-moteur se trouve en fin de course rentrée ou sortie, on obtient de façon simple que le servomoteur 9 agisse chaque fois à la-manière d'nn amortisseur lorsque le piston 91 s'enfonce dans le cylindre (course l'amenant à la position rentrée), étant donné que le fluide sous pression chassé par le piston 91 est-refoulé par le distributeur 23 et l'étranglement réglable 26 dans la conduite de retour 24. Sur la figure 1, le mécanisme de commande pas à pas se trouve en position de repos, le piston du servo-moteur -9 étant complètement rentré (fin de course rentrée), ee qui fait que le galet 14 du cliquet de verrouillage 5 se trouve dans l'un évidement 4 du disque circulaire 3 de la roue à rochet 1 et bloque celle-ci, Le cliquet d'entraînement 6 se trouve juste en aval de sa première position extrême où le galet 7 du cliquet 6 se trouve en un point de la came 2 qui-est le plus éloigné de l'axe de la roue à rochet 1.Par contre, le cliquet d'entraînement 17 se trouve à sa seconde position extrême lorsque le mécanisme se trouve en position de repos, c'est-à-dire que le galet 18 du cliquet 17 se trouve en un point- de la came 2 dont la distance à l'axe de rotation de la roue à rochet 1 est minimum. Gracie au profil donné à la came 2, an a la certitude que celui des cliquets d'entraînement qui n'est paB entraîné à ce moment dépasse chaque fois sa première position extrême sous l'effet -du couple appliqué à la roue à rochet par celui-des cliquets d'entraînement qui lui est actionné, et cela avant que le mécanisme de commande n'atteigne sa position ae repose de façon qu'il nty a pas de point mort dans le cycle de fonctionnement du mécanisme de commande pas à pas. Si l'on désire que -le mécanisme de commande progresse d'un pas, on met en action le servo-moteur 9, et la tige de piston sort lentement du cylindre. il en résulte tout d'abord que le cliquet d'entraînement 6 exerce une- poussée sur la came 2 de la roue à rochet 1, cette force com muniquant à la roue à rochet précitée un couple de rotation en raison du profil donné au flanc de la came 2 sur lequel s1 appuie le galet 7 du cliquet d'entraînement 6. Toutefois, une rotation de la roue à rochet 4 n'est pas encore possible, étant donné que le galet 14 du cliquet de verrouillage 5 se trouve encore dans un évidement 4 du disque circulaire 3 de la roue à rochet 1, qui se trouve donc toujours bloquée.Comme le cliquet d'entraînement 6 ne peut pas pivoter autour de l'axe 8 en direction de l'axe de rotation de la roue à rochet-1 - celle-ci étant toujours bloquée le déplacement du piston- du servo-moteur 9 se traduit par une force de réaction exercée par le point de fixation du servo-moteur 9 sur le cliquet de verrouillage 5, de façon-que celui-ci pivote autour de son axe 12 à 11 encontre- de la force de rappel du res- sort 15. Or, au cours du pivotement du-cliquet de verrouillage 5, le galet 14 se retire de l'évidement 4 de la roue à rochet qui se trouve maintenant débloquée. Une fois que la roue à rochet 1 est débloquée, le cliquet d'entraînement 6 se déplace radialement en direction de 11 axe de rotation de la roue à rochet sous 1' action du servo-moteur 9, le galet 7 du cliquet 6 se déplaçant en roulant sur le flanc de la came 2 et communiquant à la roue à rochet un couple de rotation0 Sous l'action de ce couple, la roue à rochet 1 commence à tourner, ce qui fait que le second cliquet d'entraînement 17 pivote autour de son axe de rotation Il et comprime le ressort 19 auquel il est relié, c'est-à-dire qu'une partie de l'énergie transmise par le cliquet d'entraînement 6 à la roue à rochet 1 est emmagasinée par le ressort 190 On peut voir sans difficulté que le-s deux cliquets d'entraînement 6 et 17 pivotent en sens contraires c'est-à-dire que leurs mouvement sont déphasés de 1800. En prélevant ainsi une partie du couple communiqué à la roue à rochet 1 par le cliquet d'entraînement 6 au moment meme ou il lui est communiqué, gracie au cliquet d'entraînement 17 et le ressort 19. et par le profil donné à la came, on obtient pour la roue à rochet 1 une accélération angulaire aensiblement uniforme, de manière à éviter une rotation intempestive de la roue à rochet avec décollement du galet 7 du flanc -correspondant de la came 2. On applique ainsi à la roue à rochet 1 un couple de rotation jusqu'à ce que le cliquet d'entraînement 6 se trouve à sa seconde position extrême où le galet 7 touche la came 2 en un point dont la distance à l'axe de rotation de la roue à rochet 1 est minimum, Dans cette position du mécanisme de commande pas à pas, qui est représentée sur la figure 2, le piston du servomoteur 9 a atteint sa seconde position extrême (fin de course sortie) et le commutateur 20 inverse le circuit d'alimentation du servo-moteur 9 de la manière décrite plus en détail en se réf é- rant à la figure 4, de manière que la course rentrante du piston du servo-moteur 9 est freinée0 Â cette position, la roue à rochet 1 possède une certaine énergie de rotation ou énergie cynétique qui entretiendrait la rotation de la roue à rochet 1 jusqu'à ce que celle-ci s'arrête sous l'action des forces de frottement. Or, lorsque le mécanisme de commande pas à pas se trouve à la-position représentée sur la figure 2, le cliquet d'entraînement 17 se trouve à sa première position extrême, c'est-à-dire que le cliquet d'entratnement 17 qui est relié au ressort 19, applique à son tour un couple à la roue à rochet par l'intermédiaire du galet 18.Le ressort 19 a été calculé de façon que le couple exercé en cette position sur la roue à rochet 1 est juste suffisant pour compen ser les forces de frottement s'opposant à la rotation de la roue à rochet0 Par conséquent, si l'on négligeait le cliquet d'entraî- nement 6 et le servo-moteur 9 inversé par l'intermédiaire du commutateur électro-hydraulique 20, la roue à rochet I serait alors animée d'un mouvement circulaire uniformes Nais en réalité, le cliquet d'entraînement 6 avec son galet 7 est déplacé, pendant cette phase de la rotation, depuis sa seconde position extreme jusqu'à sa première position extreAme, le déplacement du cliquet étant freiné par le servo-moteur auquel il est relié, de manière que de l'énergie cynétique est constamment dissipée pendant cette seconde phase du mouvement exécuté par la roue à rochet I. L'effet de freinage exercé par le servo-moteur 9 agissant alors à la manière d'un amortisseur est calculé de façon à dissiper juste assez d'énergie cynétique pour que la roue à rochet 1 atteigne la prochaine position où le cliquet d'entraînement 6 se trouve de nouveau à sa première position extrOme et le cliquet d'entratne- ment 17 à sa seconde position extréme. Â ce moment, le piston du servo-moteur 9 se trouve en fin de course rentrée, de manière que la force de rappel exercée par le ressort à boudin 15 provoque un nouveau pivotement du cliquet de verrouillage 5 autour de son axe 12 qui revient ain5i à sa position de repos dans laquelle le galet 14 de ce cliquet 5 s'engage automatiquement dans celui des évidements 4 du disque circulaire 3 qui, dans cette position de la roue à rochet 1, se trouve Juste en regard du galet 14. Grâce à une transmission partielle de forces entre les deux cliquets d'entraînement 6 et 17, transmission qui se fait par l'intermédiaire de la roue à rochet 1, et en particulier grâce à une dissipation uniforme de énergie cynétique inhérente à la roue à rochet après l'application du couple de rotation, indépendamment des forces de frottement, on ohtient un déplacement très régulier et sans à-coups du mécanisme de commande pas à pas, de manière que l'usure des pièces respectivement en prise du mécanisme de commande reste des plus faibles même si la roue à rochet 1 doit entraîner des masses importante. ha figure 5 enfin représente en variante un mode de réalisation légèrement modifié du mécanisme de commande pas à pas, dans lequel on a remplacé l'accumuleteur d'énergie se présentant sous la forme d'un ressort à boudin 19 par un petit servo-moteur 21 de type hydraulique ou pneumatique.Ce servo-moteur 21 fonctionne de préférence à la manière d'un ressort hydraulique et on de façon non représentée sur le dessin avec du fluide sous pression constante, de façon qu'il dissipez par sa résistance, une partie du couple de rotation communiqué par le cliquet d'entraînement 6 -à la roue à rochet I. Par contre, lorsque le cliquet d'entraînement 17 se déplace de la première à la seconde position extreme, le servo-moteur 21 développe une force constante, indépendamment de la course respective de son piston , et communique à la roue à rochet 1 par l'intermédiaire du cliquet 17 un couple tel qu'il compense juste les forces de frottement agissant sur la roue à rochet lo Un servo-moteur du type précité présente, par exemple, un -tel mode de fonctionnement - lorsque la chambre de travail dans laquelle se déplace le piston, est reliée directement à l'accumulateur contenant le fluide sous preasion et que le volume déplacé par le piston pendant sa course est négligeable par rapport au volume de l'accumulateur. REV1NI)iOÂTIONS 1. Mécanisme de commande pas à pas comprenant deux cliquets d'entratnement 6, 17 agissant en alternance sur une roue à rochet 1 pour obtenir un-mouvement de rotation, caractérisé par le fait que chaque cliquet d'entraînement est relié à un élément de commande, par exemple un servo-moteurssou un accumulateur d'énergie 19, qui fonctionne comme amortisseur lorsque le cliquet n'est pas entraîné0 2.Mécanisme de commande pas à pas suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la roue à rochet comporte une came attaquée à peu près radialement par le galet qui équipe chaque cliquet d'entraînement0 3. Mécanisme de commande pas à pas suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la came a un profil tel que, vu le sens de déplacement de la roue à rochet, le flanc ascendant s'étend sur un secteur de cercle plus grand que le flanc descendant. 4. Mécanisme de commande pas à pas suivant les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le premier cliquet d'entraînement est actionné par un servo-moteur hydraulique ou pneumatique et-le second cliquet d'entraînement par un accumulateur d'énergie, la force d'entraînement communiquée par ltaccumu- lateur d'énergie à la roue à rochet au moyen du second cliquet d'entraSnemeX étant emmagasinée pendant la phase d'entraînement du premier cliquet d'entraînement. 50 Mécanisme de commande pas à pas suivant les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le second cliquet d'entraînement est actionné par l'intermédiaire d'un second servo-moteur de type hydraulique ou pneumatique. 6. Mécanisme de commande pas à pas suivant les revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'on prévoit un commutateur qui inverse le servo-moteur lorsque le premier cliquet d'entraînement arrive au point le plus-bas de la courbe décroissant vers l'axe de rotation de la cameS de façon que le servomoteur freine, à la manière d'un amortisseur, le déplacement radial vers l'extérieur du premier cliquet d'entraînement. 7. Mécanisme de commande pas à pas suivant les revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le servo-moteur actionne un cliquet de verrouillage dont le galet s'engage dans les évidements respectifs d'un disque solidaire de la came et bloque la roue à rochet0 8. Mécanisme de commande pas à pas suivant les revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la roue à rochet entraîne en particulier un magasin à tambour afin d'amener loe engins téléguidés qu'il contient à la position de rechargement du dispositif de lancement.