Brevet FR2188142A1 — publié le 19740118

L'invention dont la description est donné ci-après,concerne la partie mécanique d'un volant d'inertie destiné à la stabilisation des satellites,et porte sur la constitution du moyeu et de la suspension axiale élastique de la jante de ce volant. Dans un satellite,le volant d'inertie est astreint à tourner d'une manière continue,sans surveillance ni entretien possible, dans une enceinte hermétiquement close,en un lieu inaccessible, dans une ambiance très mal connue tant sur le plan variation des températures que celui des rayonnements de toutes natures,qui semblent avoir une influence néfaste sur la tenue dans le temps des produits utilisés pour la lubrification des roulements àbilles équipant les moyeux. Un volant d'inertie classique,se compose essentiellement d' une jante réunie par des bras rigides,à un moyeu équipé de deux roulements à billes,tournant autour d'un pivot fixe.La vie de 1' ensemble dépend de la durée de vie propre des roulements,la défaillance d'un seul entraînant automatiquement le freinage jusqu' au blocage donc mise hors d'usage de l'ensemble. Le moyeu,objet de l'invention,en comporte trois,qui sont concentriques.Cette quantité n'est pas une limitation,mais a été choisie uniquement pour rester dans des limites raisonnables de poids et d'encombrement.Il serait bien sur possible d'en ajouter d'autres. Le but recherché dans cette invention,est d'interdire de faire travailler les roulements d'un seul moyeu,pendant toute la durée du service exigé,pour leur permettre de se reposer,soit en cessant de tourner,ou en tournant au ralenti,pendant que ceux,moins fatigués,prenant le relais,assurent la continuité du service,et cela d'une façon simple et automatique.Lorsque les trois groupes de roulements se seront mutuellement et naturellement relayés,les les moins fatigues assureront la relève,pusqutà ce que l'ensemble complet soit hors d'usage.Si,par exemple,llne durée de vie de 5 ans ou 60 mois est exigée,on voit,que dans le pire des cas,le travail à fournir par un groupe de roulements,se trouve ramené à 20 mois,et ce,dans le cas d'un moyeu triple. Pour amener les groupes de roulements à billes à se relayer mutuellement,plusieurs possibilités peuvent être envisagées: 1- Tous les roulements à billes sont montés avec des précontraintes et une lubrification telles,qu > elles permettent à ceux-ci de tourner tous ensemble.De par leur couple de frottement propre,ils tourneront théoriquement à des vitesses inversement proportionnelles à leur diaciètre.0n voit d'emblée que le nombre de toursminute du volant d'inertie se répartit sur chaque groupe de rcu- lements,réduisant d'autant leur travail unitaire.La redondance se fera lorsque l'un (ou plusieurs) des roulements,présentant le moindre signe de fatigue verra son couple de frottement augmenter ce qui ne signifiera pas pour autant que ce (ou ces) roulement soit complètement hors d'usage,rr.ais qu'étant devenu "plus dur" que les autres,il cesse provisoirement de tourner. Il (ou ils) pourra très bien se remettre a tourner lorsque les autres roule mentis seront devenus à leur tour "plus durs que lui (ou qu'eux). 2- Les roulements de chaque moyeu sont montés avec des précontraintes étagées": ils peuvent alors tourner a des vitesses inversement proportionnelles aux taux des précontraintes.Les roule ments utilisés étant de la catégorie "extrême" précision,la différence entre les diverses précontraintes sera infime,la fatigue qui en découlera sera donc négligeable. 3- En jouant sur le mode de lubrification,et sur la consistance des lubrifiants. Les roulements à billes dont il est fait usage,qui sont de la catégorie "extrême" précision,sont très sensibles au mode de lubrification.La quantité et la viscosité des lubrifiants,ont pour effet de freiner les roulements à billes dans leur mouvement de rotation.Suivant les données des Constructeurs,les roulements à billes lubrifiés par brouillard dthuile,permettent des vitesses de rotation de 20 à 25 ;; supérieures à celles permises aux roulements lubrifiés par suirltement,procédé oui surclasse lui-même la lubrification par barbotage dans l'huile et celui aux graisses consistantes.Il serait donc possible,dans le cas présent,pour "étager!' les vitesses de rotation,lubrifier certains groupes de roulements par suintement d'huile,les autres étant lubrifiés à 1' aide de graisses de consistances différentes.Il serait même possible d'avoir une lubrification sèche,u--e par suintement d'huile et une à la graisse. L'invention porte sur deux sortes de moyeux "Variante A' et "Variante B" Description du moyeu suivant "Variante Al'. Autour du pivot 1 solidaire du satellite,et fixe en rotation, tourne un moyeu épaulé 2 qui comporte deux roulements à billes 3 et 4 maintenus axialement par l'écrou 5 et l'entretoise 6. Autour du moyeu 2,tourne un moyeu 7 qui comporte deux roulements à billes 8 et 9,maintenus axialement par l'ècrou-cage 10 et l' entretoise 11.Autour du moyeu 7,tourne le moyeu extérieur 12 qui lui est entraîné par le moteur,et qui comporte deux roulements à billes 13 maintenus axialement par l'écrou 14 et l'entretoise 15. Description du moyeu suivant "Variante B", Autour du pivot 1 solidaire du satellite,et fixe en rotation, tourne un moyeu épaulé 2 qui comporte deux roulements à billes 3 et 4 maintenus axialement par l'écrou 5 et l'entretoise 6.Autour du moyeu 2,tourne un moyeu 7 qui comporte deux roulements à billes 8 et 9,maintenus axialement par l'écrou-cage 10 et l'entre- toise 11.Autour du moyeu 7,tourne le moyeu extérieur 12,de forme tubulaire-entrainé par le moteur-et qui comporte un roulement radial à galets croisés genre "Schneeberger" 13,assurant le guidage en tous sens.Ce dernier roulement a été choisi dans ce type,uniquement pour son faible encombrement,mais il serait possible de le remplacer par deux roulements à billes à contact oblique. Suspension axiale élastique de la jante. Pour ne pas réduire prématurément la longévité des roulements à billes équipant les moyeux,il est indispensable de les protéger au maximum des chocs axiaux et des vibrations considérables engen drés des la mise à feu de la fusée porteuse.Les deux suspensions, objet de l'invention,suivant les variantes "A'let"B",présentent lé grand avantage de ne soumettre la jante du volant à inertie à aucun éffort radial qui risquerait de la déformer et de provoquer ainsi des vibrations parasites supplémentaires. Description de la suspension suivant "Variante A". Dans cette construction,le moyeu extérieur,qui est entrainé par le moteur,est surmonté d'un boitier 16 portant quatre tourillons qui lui sont solidaires.Ces quatre tourillons,équipés de roulements à billes 17,servent d'articulations a quatre bras creux coudés 18 disposés à 90 degrès,auxquels sont fixés des portions d'engrenages coniques 19.Ces derniers sont réunis-par une Couronne 20également conique,tourillonnant dans le boitier 16, ce qui fait que tout mouvement angulaire de l'un quelconque des bras,dû au balancement axial de la jante,est automatiquement transmis aux autres,de la même quantité et dans le même sens.De ce fait,la jante quelles que soient l'importance et la diction des sollicitations,est obligée de rester dans l'alignement du moyeu.Tout mouvement de rotation de la couronne conique dans un sens ou dans l'autre,a pour effet de comprimer les blocs de caout clous 20 faisant office de ressorts,logés dans le boitier 16 qui leur. sert de point fixe.La sensibilité et l'amplitude du balancement axial de la jante,sont donc fonction de la dureté shore du caoutchouc ou de la matière plastique contituant les blocs amortisseurs.Les quatre bras coudés sont raccordés à la jante par des tubes coulissants munis de rotules,ou de chapes à roulements à billes (non représentées). Description de la suspension suivant "Variante B". Dans cette construction,le long du moyeu extérieur 12,de forme tubulaire,coulisse le moyeu 14 du volant d'inertie qui est alors de construction rigide.Celui-ci est maintenu axialement en place entre des empilages de rondelles élastiques en acier,genre rondelles "Belleville" 15.Etant donnée la faible puissance éxigée pour l'entraînement du volant,le frottement seul semble devoir suffit. REVENDlCATlGNS 1- Dispositif concernant la partie mécanique d'un volant d'inertie,destiné notamment à la stabilisation des satellites,caractérisé par le fait qu'il comporte un moyeu constitué de plusieurs sous moyeux concentriques,équipés chacun de roulements a billes ou à galets,ces moyeux étant libres les uns par rapport aux autres,le tout étant assujetti à tourner autour d'un pivot fixe. 2- Dispositif suivant revendication 1 caractérisé par le fait que la mise en panne de l'un quelconque des sous-moyeux n'entralnepas la panne des autres,ce qui a pour conséquence de multiplier la durée de vie d'un volant d'inertie classique-donc de tout le satel lite-par la quantité de sous-moyeux. 3- Dispositif caractérisé par le fait qu'il cor.-iporte un système amortisseur,empêchant de faire absorber par les roulements à billes ou à galets les chocs et les vibrations engendrés dès la mise à feu de la fusée porteuse. 4- Dispositif suivant revendication 3 caractérisé par le fait que le système amortisseur peut être constitué par des blocs élastiques genre caoutchouc,comprimés par une cinématique,elle-même actionnée par les balancements axiaux de la jante du volant d' inertie, ces balancements étant provoqués par les chocs et les vibrations.Constitue la variante'lA''de l'invention. 5- Dispositif suivant revendication 3 caractérisé par le fait que le système amortisseur peut être constitué par des empilages de rondelles élastiques en acier,genre rondelles1,Belleville",dispo- sés de part et d'autre du moyeu du volant qui-lui-même coulisse le long du sous-moyeu extérieur.Constitue la variante't3"de 1' invention. 6- Dispositifs amortisseurs suivant revendications 4 et 5 caractérisés par le fait qu'ils n'apportent aucune contrainte mécaniques radiales tendant à déformer la jante du volant d'inertie et d engendrer ainsi des vibrations supplémentaires.