Brevet FR2339786A1 — publié le 19770826

La présente invention a trait à un dispositif d'autorisation et de freinage de mouvements entre deux pièces c'est-à-dire permettant le déplacement relatif de deux pièces l'une par rapport à l'autre, dans certaines conditions et l'interdisant ou plus exactement le freinant dans d'autres conditions. De tels dispositifs peuvent être utilisables notamment pour maintenir les tuyauteries dans les centrales nucléaires de façon à permettre un mouvement lent de la tuyauterie par rapport à la structure par exemple sous l'effet de dilatations mais à empêcher tout mouvement relatif en cas d'accélération importante, par exemple en cas de séisme. On connait déjà de tels dispositifs de type hydraulique composés principalement d'un vérin dont les chambres sont en communication avec un réservoir par l'intermédiaire d'une valve qui se referme pour une certaine pression, bloquant ainsi le mouvement relatif à partir d'une certaine vitesse requise. Ces systèmes ont une fiabilité critiquable dans le temps à cause des problèmes d'étanchéité et présentent une certaine fragilité à la température et aux radiations, du fait des matériaux constituant les joints, ainsi que du liquide hydraulique. On connatt également déjà des arrêteurs de chocs de type mécanique comprenant un écrou rigidement porté par l'une des deux pièces et une vis traversant l'écrou portée par l'autre pièce, le mouvement de l'une des pièces vers l'autre provoquant la rotation de la vis dans l'écrou. Un ressort hélicoldal se trouve enroulé autour d'une surface fixe de friction, normalement à une certaine distance de cette surface fixe, et l'une des extrémités de ce ressort hélicordal est solidaire d'une pièce tournant avec la vis tandis que l'autre est solidaire d'une masse d'inertie montée folle. En cas de déplacement très accéléré, la vis aura tendance à tourner rapidement dans l'écrou et un décalage angulaire se produit alors rapidement entre la vis et la masse d'inertie, provoquant un allongement du ressort et une diminution du diamètre des spires qui viennent se bloquer sur la surface de friction et par conséquent s'opposer à tout mouvement ultérieur de rotation de la vis. Par contre, en cas de mouvement peu accéléré, la rotation de la vis peut être transmise par l'intermédiaire du ressort jusqu'à ce qu'un faible décalage angulaire se produise, insuffisant pour provoquer un blocage. De tels dispositifs présentent cependant des inconvénients. Tout d'abord, les efforts de blocage permis sont faibles, devant être assumés par un ressort dont on ne peut pas accroitre exagérément la raideur, sous peine d'augmenter la masse d'inertie audelà de proportions acceptables. En outre, dès que le niveau d'accélération redescend au-dessous d'un certain seuil, le dispositif se débloque. En outre, de ce fait, le dispositif se trouve soumis à une usure plus rapide, et d'une façon générale, si ce dispositif présente les avantages inhérents à une réalisation purement mécanique, la réponse qu'il apporte aux sollicitations est moins bonne que celle apportée par les dispositifs hydrauliques précédemment décrits. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients et de fournir un dispositif arrêteur de chocs de type mécanique, de construction simple et fiable, et ayant une réponse aux sollicitations se rapprochant de celles des dispositifs hydrauliques connus. L'invention a pour objet un dispositif d'autorisation et de freinage d'un mouvement relatif entre deux pièces, caractérisé par le fait qu'il comporte - un bâti ou un boitier relié à l'une desdites pièces, - un élément coulissant relié à l'autre pièce et susceptible de coulisser à travers ledit boitier sans rotation par rapport audit boitier, - un élément rotatif susceptible de transformer de manière réversible le mouvement de coulissement de l'élément coulissant en mouvement de rotation, ledit élément rotatif présentant une inertie suffisante pour s'opposer à un mouvement à forte accélération de l'élément coulissant, mais suffisamment faible pour permettre un mouvement faiblement accéléré dudit élément coulissant. Dans le cas de l'application au maintien et au blocage de canalisations dans des centrales d'énergie, par exemple des centrales nucléaires, on peut avantageusement utiliser des écrous ayant une masse de 10 à quelques dizaines de kg. Dans un mode de mise en oeuvre perfectionné l'élément rotatif peut être composite et comprendre un premier élément rotatif directement entrainé en rotation par l'élément coulissant, au moins un second élément rotatif auxiliaire, dont l'inertie est de préférence supérieure à celle du premier, des moyens étant prévus pour désolidariser les deux éléments lorsque le mouvement de l'élément coulissant présente une accélération faible, et pour solidariser lesdits deux éléments rotatifs lorsque ce mouvement présente une accélération plus importante. Dans une forme de réalisation particulière, lesdits deux éléments rotatifs peuvent etre reliés par des moyens permettant un entratnement progressif, de moins en moins glissant, du second élément rotatif, par le premier lorsque l'accélération s'accroft. Dans une autre forme de réalisation avantageuse, des moyens peuvent être prévus, par exemple un embrayage, pour entraîner l'élément rotatif auxiliaire par le premier lorsqu'un certain seuil d'accélération a été dépassé. Dans cette dernière forme de réalisation, on peut avantageusement prévoir des surfaces de butée présentées par le premier élément rotatif, susceptibles de coopérer avec des surfaces de butée complémentaires du second élément rotatif, avec une friction suffisante pour l'entraînement de ce second élément rotatif, lesdites surfaces de butée étant susceptibles de venir en contact après un déplacement axial du premier élément rotatif par rapport au second, pour permettre alors au premier élément rotatif d'entraîner le second en rotation. De préférence, des moyens élastiques sont prévus pour maintenir normalement ledit premier élément rotatif à l'écart de la ou des surfaces de butée du second élément rotatif. On comprend que dans ce cas le premier élément rotatif est mis en mouvement de rotation par une faible accélération de l'élément coulissant, alors qu'au contraire il est entraîné#vers le second élément rotatif à l'encontre des moyens élastiques, alors que l'accélération du mouvement rectiligne de l'élément coulissant dépasse un certain seuil fonction de son inertie. De façon avantageuse, l'élément coulissant peut être une vis reliée à l'une des pièces tandis que l'élément rotatif est ou comporte un écrou traversé par ladite vis et susceptible de tourner à l'intérieur du boitier en cas de déplacement de la tige. Dans la forme de réalisation présentant un élément rotatif dédoublé, ledit écrou peut présenter une ou plusieurs surfaces de butée susceptibles de coopérer avec les surfaces de butée correspondantes d'un élément rotatif auxiliaire. Le pas du filetage est bien entendu suffisamment important pour permettre une transformation du mouvement rectiligne en rotation. De préférence, les ressorts qui tendent à s'opposer au déplacement axial de l'écrou sont interposés entre l'écrou et l'élément rotatif auxiliaire. Dans une forme de réalisation perfectionnée de l'invention, des moyens peuvent être prévus pour freiner l'écrou ou l'élément rotatif auxiliaire, s'il existe. Ainsi, on peut interposer de la graisse entre la surface extérieure de cet élément rotatif et la paroi du boitier de façon à provoquer un amortissement en cas de rotation. En variante, on peut également prévoir des pièces de serrage, fixes en rotation, et susceptibles de venir se serrer sur l'élé- ment rotatif, ce serrage pouvant par exemple s'effectuer grâce à la présence d'un écrou rotatif supplémentaire, vissé sur la tige filetée, pour provoquer alors le serrage desdits éléments de freinage. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente une vue en coupe axiale d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente une vue en coupe axiale d'un dispositif selon une variante de l'invention, - la figure 3 représente une vue en coupe axiale schématique d'un dispositif selon une autre variante. En se référant aux figures 1 et 2, on voit un dispositif selon l'invention comprenant un boitier 1 de forme sensiblement cylindrique muni de deux flasques latéraux formant des prolongements 2, 3. Le prolongement 3 peut être fixé, par l'intermédiaire d'une articulation 4 à un collier de tuyau de réacteur nucléaire. A travers le prolongement 2 coulisse un arbre 5 susceptible d'être relié par son extrémité 6 à une articulation solidaire d'un caisson de réacteur. On voit que l'arbre 5 présente une cannelure 7 coopérant avec une clavette 8 solidaire de la pièce 2 pour empêcher la rotation de l'arbre 5 tout en permettant sa translation. L'arbre 5 se prolonge à l'intérieur du boitier 1 par une tige filetée 9 sur laquelle est vissé un écrou 10 dont la section apparaît sur la figure. Bien entendu, le taraudage de l'écrou est complémentaire du filetage de la vis. En se référant plus particulièrement à la figure 1, on voit que le dispositif comporte un écrou désigné dans son ensemble par 10 et composé en fait d'une partie centrale 11 et d'une partie périphérique ayant une forme de cylindre et réalisée en fait de deux pièces 12, 13, pour faciliter le montage. La partie 11 possède un taraudage intérieur engrenant exactement avec le filetage de la partie filetée 9. Des butées à billes 14 sont interposées entre les extrémités de l'écrou 10 et les parois latérales du boitier 1. La masse totale de l'écrou est par exemple d'une vingtaine de kilos alors que l'angle d'inclinaison des filets de la vis 9 et des filets femelles du taraudage est de l'ordre de 15 degrés. On comprend que lorsque l'on déplace axialement la tige 5, soit vers la droite, soit vers la gauche, l'écrou 10 est entraîné en rotation par ce déplacement axial, sans pouvoir lui-même se déplacer axialement du fait qu'il est maintenu par les butées 14. En fait lorsque sous l'effet par exemple d'une dilatation thermique d'un tuyau, la tige S se déplace en coulissant dans le boitier avec une faible accélération, l'écrou 10 est facilement entraîné en rotation et la tige peut donc continuer son mouvement. Si par contre, le mouvement de la tige 5 se produit avec une accélération plus importante, l'inertie de l'écrou 10 empêche l'écrou de tourner à la vitesse qui correspondrait au passage de la tige filetée à travers l'écrou. La tige filetée se trouve donc ralentie dans son mouvement et l'on comprend que ce ralentissement est d'autant plus important que l'accélération est plus grande, et pour des accélérations très fortes, aucune rotation sensible de l'écrou ne se produit. Néanmoins, même si un effort très important est appliqué contre l'écrou, une rotation lente reste possible, permettant par exemple au travail de dilatation de se continuer. On se réfère à la figure 2. Dans cette forme de réalisation particulière, l'écrou rotatif est réalisé sous une forme composite et comporte en fait un élément rotatif auxiliaire. On voit l'écrou 15 vissé sur la partie filetée 9 de la tige et dont la section apparaît sur le dessin. L'élément rotatif auxiliaire est constitué par une masse cylindrique 16 susceptible de tourner à l'intérieur du boitier 1 et par deux pièces annulaires 17 solidaires de la pièce 16. Une pièce d'écartement 18 est montée entre les deux pièces 17, lesquelles sont montées sur des portées correspondantes des flasques 2 et 3 par des butées à billes 19. Par ailleurs, entre l'écrou 15 et les extrémités internes des deux pièces 17, se trouvent disposées des roulements 20 susceptibles de coulisser par rapport aux pièces 17 à l'encontre de ressorts 21 maintenus par des rondelles 22 solidaires des pièces 17. Dans la position de repos représentée sur la figure, les ressorts 21 sont déjà précomprimés. Enfin, on voit qu'à la périphérie de l'écrou 15 sont disposés deux bords radiaux 23 formant surfaces de butée susceptibles de coopérer avec des surfaces radiales 24 des pièces 17. A l'état de repos, un jeu d'environ 0,3 mm existe entre chaque butée 23 et la surface de butée 24 correspondante. On comprend que, lors d'un déplacement de translation à faible accélération de la tige 5 par rapport au boitier 1, le mouvement du filetage 24 provoque la mise en rotation de l'écrou 15 qui, de ce fait, reste immobile axialement dans la position représentée. Cependant, si l'accélération de la tige 5 dépasse un certain seuil, l'inertie propre à l'écrou 15 empêche sa mise en rotation, et l'écrou 15 est alors emmené en translation par la tige 5 à l'encontre de l'un des ressorts 21 et dans ce mouvement, la surface de butée 23 correspondante vient se mettre en contact avec la surface 24, le jeu étant annulé. En raison de l'effort important, correspondant à l'accélé- ration élevée, qui est imposée à la tige 5, les surfaces de butée 23 et 24 sont fermement appliquées l'une sur l'autre de sorte que l'élément rotatif constitué par l'écrou 15 se trouve transformé en un ensemble rotatif de plus grande inertie qui s'oppose à la rotation et a donc tendance à maintenir la tige 5 immobile malgré l'effort important qu'elle subit. Cependant du fait que cette ensemble est rotatif, il va de soi qu'il pourra se mettre à tourner lentement et permettre par conséquent à la tige 5 de se déplacer axialement avec une faible vitesse malgré l'effort important auquel elle est soumise. Ceci est par exemple intéressant dans le cas d'un tuyau de centrale nucléaire soumis à une dilatation thermique et qui, pour des raisons de coincement au niveau des paliers de glissement du tuyau, se détend par à-coups brutaux. Ces à-coups sont freinés par le dispositif selon l'invention, mais la dilatation peut néanmoins se poursuivre lentement par la mise en rotation de l'ensemble de l'écrou 15 et de l'élément rotatif auxiliaire. Dans la forme de réalisation décrite, lorsque les surfaces de butée 18 et 19 sont appliquées l'une contre l'autre, l'écrou 10 et l'élément rotatif auxiliaire 11 se trouvent solidarisés de façon quasi-immédiate, pour former un élément rotatif de grande inertie. On peut cependant prévoir des moyens pour solidariser progressivement l'écrou avec l'élément auxiliaire et de cette façon-la transformer progressivement l'écrou en un ensemble rotatif dont l'inertie croit avec l'effort déterminé par la valeur de l'accélération du mouvement de la tige coulissante. Ceci peut être obtenu par exemple en diminuant la distance radiale à laquelle se trouvent situées les surfaces de butée, de façon à appliquer à ces surfaces de butée un couple plus faible ou en prévoyant un traitement des surfaces de butée pour diminuer leur coefficient de frottement. Ceci peut présenter l'avantage de ne nécessiter qu'un jeu extrêmement faible entre l'écrou et la masse auxiliaire, l'écrou glissant contre la masse auxiliaire lorsque l'accélération reste faible, mais s'appliquant fermement contre elle pour l'entraîner lorsque l'accélération s'accroit. Par ailleurs, le dispositif ainsi réalisé présente une réaction moins brutale mais néanmoins efficace pour s'opposer au mouvement de forte accélération. A titre d'exemple, un dispositif selon l'invention peut posséder un filetage 9 ayant un diamètre de 12 mm et un angle d'inclinaison des filets de 15 degrés, un écrou 15 ayant une masse de 1 kg et un diamètre extérieur de 90 mm, et un élement rotatif auxiliaire ayant un diamètre extérieur de 150 mm et une masse de 24 kg, la force de chaque ressort 21 étant de l'ordre de 20 kg. On se réfère à la figure 3. Dans cette forme de réalisation représentée de façon schéma tique, l'écrou 15 est remplacé par un écrou 25 muni de surfaces de butée 26 coopérant avec une surface de butée 27 d'un élément rotatif auxiliaire 28. Les ressorts 21 sont toujours présents. L'élément 28 présente des surfaces latérales tronconiques 29 susceptibles de coopérer avec des anneaux de freinage 30 présentant une surface tronconique complémentaire. Ces anneaux de freinage peuvent se déplacer axialement mais sont empêchés de tourner en rotation par rapport au boitier. Un second écrou 31 est monté sur ledit cylindre et présente à sa périphérie une gorge dans laquelle est introduit, avec interposition de roulements 32, la partie intérieure d'un anneau 33 fixe en rotation mais susceptible de se déplacer axialement. L'anneau 33 présente des tiges 34 coopérant, comme on le voit sur la figure, avec les anneaux 30 de façon à resserrer ces anneaux contre les surfaces 29 de la pièce 28 lorsque l'anneau 33 est déplacé axialement vers la gauche ou vers la droite. Le fonctionnement est le suivant Pour des mouvements de faible accélération de la tige 5, les écrous 25 et 31 sont mis en rotation et le mouvement se poursuit. Par contre, pour des mouvements d'accélération plus importante, dépassant un certain seuil, fonction de l'inertie de l'écrou 25, celui-ci est repoussé axialement à l'encontre de l'un des ressorts 21 et l'une des surfaces de butée 26 vient contre la surface de butée correspondante 27 de sorte que l'écrou 25 et la pièce 28 ne forment plus qu'un seul ensemble rotatif. Par ailleurs, l'écrou 31 se trouve également déplacé, soit vers la gauche, soit vers la droite, et il entraîne axialement avec lui l'anneau 33 et les tiges 34 qui provoquent alors le resserrement des pièces 30 contre les surfaces 29 de la pièce 28 et par conséquent, une friction s'opposant à la rotation de la pièce 28. Selon un perfectionnement de l'invention, lorsque le dispositif comporte un écrou tel que celui représenté sur la figure 1, on peut avantageusement prévoir de réaliser cet écrou en deux parties, par exemple, une partie centralell et une partie périphérique 12, 13, les deux parties étant reliées non pas par une liaison rigide, mais par un moyen limiteur de couple. Ainsi, la périphérie de la partie centrale il de l'écrou, peut comporter un certain nombre d'évidements radiaux, recevant un petit ressort hélicoïdal repoussant une bille vers l'extérieur, tandis que la partie périphérique de 11 écrou 12 peut comporter des calottes correspondantes susceptibles de loger une partie de chaque bille. Tant que le couple transmis entre les deux parties ll et 12 reste inférieur à une centaine valeur, la pièce périphérique est solidaire de la pièce centrale. Cependant, si le couple transmis dépasse une valeur compatible, avec la résistance des matériaux utilisés, le limiteur de couple ainsi réalisé permet un désaccouplement des deux parties, évitant ainsi une rupture ou une détérioration du dispositif. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter diverses modifications sans pour cela sortir ni de son cadre, ni de son esprit. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'autorisation et de freinage d'un mouvement relatif entre deux pièces, caractérisé par le fait qu'il comporte: - un b ti ou un boitier relié à l'une desdites pièces, - un élément coulissant relié à l'autre pièce et susceptible de coulisser à travers ledit boitier sans rotation par rapport audit boitier, - un élément rotatif susceptible de transformer de manière réversible le mouvement de coulissement de l'élément coulissant en mouvement de rotation, ledit élément rotatif présentant une inertie suffisante pour s'opposer à un mouvement à forte accélération de l'élément coulissant, mais suffisamment faible pour permettre un mouvement faiblement accéléré dudit élément coulissant. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément coulissant est une tige filetée et l'élément rotatif un écrou entraîné en rotation par ladite tige. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit écrou présente une partie centrale et une partie périphérique de forme sensiblement cylindrique, ladite partie périphérique étant axialement maintenue dans le boitier par des butées. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'entre la partie centrale et la partie périphérique de l'écrou, se trouve disposé un moyen limiteur de couple empêchant un mouvement relatif desdites parties tant que le couple reste limité à une valeur inférieure à une valeur limite et permettant un mouvement relatif entre les deux parties lorsque cette valeur limite est dépassée. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que ledit élément rotatif est composite et comprend un premier élément rotatif directement entraîné en rotation par l'élément coulissant, et au moins un second élément rotatif auxiliaire, des moyens étant prévus pour désolidariser les deux éléments lorsque le mouvement de l'élément coulissant présente une accélération faible, et pour solidariser lesdits deux éléments lorsque ce mouvement présente une accélération plus importante. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'inertie de l'élément rotatif auxiliaire est supérieure à celle de l'élément rotatif. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'élément rotatif et l'élément auxiliaire sont reliés par des moyens permettant un entraînement progressif, de moins en moins glissant, de l'élément auxiliaire par l'élément rotatif lorsque l'accélération s'accroit. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 caractérisé par le fait qu'il comporte un embrayage pour entraîner l'élément rotatif auxiliaire par le premier, lorsqu'un certain seuil d'accélération a été dépassé. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'élément rotatif présente des butées susceptibles de coopérer avec des butées complémentaires de l'élément rotatif auxiliaire avec une friction suffisante pour l'entraînement de cet élément auxiliaire, lesdites surfaces de butée étant susceptibles de venir en contact après un déplacement axial du premier élément rotatif par rapport au second. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que des ressorts préchargés sont interposés entre l'élément rotatif et l'élément auxiliaire, pour empêcher que le contact des butées s'effectue tant qu'un seuil déterminé d'accélération n'est pas dépassé. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que l'élément rotatif est un écrou central et que l'élément auxiliaire est une masse périphérique, ledit élément central étant susceptibl#e d'être déplacé axialement par la tige alors que l'élément périphérique est maintenu par des butées axialement immobiles dans le boitier, lesdits ressorts étant interposés entre l'élément rotatif et l'élément auxiliaire. 12. Dispositif selon 11 une quelconque des revendications 5 à 11 caractérisé par le fait que ledit élément auxiliaire présente des surfaces de freinage suceptibles de coopérer avec des coins de freinage, un élément rotatif supplémentaire étant vissé sur la tige filetée et étant relié avec ledits coins de freinage pour assurer un freinage des coins lorsqu'il est déplacé axialement par la tige.