Brevet FR2492908A1 — publié le 19820430

Vérin rotatif d'asservissement L'invention concerne un vérin rotatif d'asservissement du type comportant un volume étanche délimité par une paroi cylindrique constituant un manchon et par deux flasques obturant les extrémités du manchon, ce volume étanche contenant au moins une butée fixe portée par un flasque et une palette mobile portée par un arbre de rotor, la butée fixe coopérant avec la palette mobile et ladite paroi pour constituer à l'intérieur dudit volume des chambres étanches accessibles au fluide d'une source de pression. Lorsque la pression d'une chambre est supérieure à la pression de l'autre chambre, l'arbre de rotor tourne dans l'un ou l'autre sens, selon la chambre qui se trouve en surpression. Lorsqutun tel vérin doit commander les mouvements d'une charge asservie en position d'un robot industriel, les débits de fuite constatés entre les chambres du vérin sont préjudiciables à la precision souhaitée des mouvements de la charge. Pour remédier à cet inconvénient, l'étanchéité des chambres est assurée par un joint logé dans la palette mobile et situé en regard des flasques et de la paroi cylindrique du manchon et par des joints disposés entre les flasques et l'arbre de rotor. Les dispositions connues de ces joints ne permettent pas la réduction complète des débits de fuite ni la realisation de vérins asservis dont la technologie nécessite une liaison très courte avec l'organe de distribution telle qu'unie servovalve dans le but de réduire le volume compressible entre cet organe et le vérin et, par voie de conséquence, le temps de réponse du vérin. L'invention vise par conséquent un vérin asservi dont l'agencement des moyens d'étanchéité reduit les fuites entre les chambres. Un second objectif est la réduction du volume compris entre l'organe de commande et les chambres du verin. L'invention a également pour objet un vérin asservi dont les chambres sont reliées par des moyens limiteurs de pression qui limitent la pression différentielle entre les chambres à une valeur de tarage et évitent un accroissement inacceptable de la pression différentielle sous l'action de l'inertie de la charge à la suite d'une commande d'arrêt du mouvement de celle-ci. Conformément à l'invention, l'une des chambres du vérin est en communication par des moyens de sélection et/ou de limitation de pression avec une voie d'alimentation de cavités définies entre des moyens d'étanchéité associés aux flasques et des moyens d'étanchéité associés à l'arbre de rotor. bans le vérin ainsi réalisé, la pression interne du vérin applique l'ensemble des joints d'étanchéité contre les parois adjacentes aux joints et supprime ainsi le débit de fuite. Ltemploi de clapets obturateurs agencés selon l'invention assure l'alimentatlon de la cavité interjoints par ia pression la plus élevée des chambres et l'application desdits joints contre les parois. On décrira ci-apres des modes de réalisation préférés de l'invention en référence au dessin dans lequel - la figure 1 est une coupe longitudinale du vérin, - la figure 2 est une coupe transversale du vérin selon la ligne Il-Il de la figure 1, - la figure 3 est une variante de réalisation du dispositif d'étanchéité de l'arbre du rotor, - la figure 4 est une coupe partielle transversale du vérin et de la palette, - la figure 5 est une coupe longitudinale de la palette selon la ligne V-V de la figure 4, - la figure 6 est une coupe longitudinale d'une variante de réalisation de la palette, - les figures 7, 8 sont les représentations schématiques de deux variantes du circuit hydraulique intégré au vérin. Le vérin rotatif representé à la figure I est constitué par deux flasques 101, 102 séparés par une paroi cylindrique constituee par un manchon 103 à chemin intérieur cylindrique 104 assemblé par des boulons 105 disposés à la périphérie des flasques. Les flasques 101, 102 portent les paliers 106, 106' lisses ou à corps roulants de l'arbre de rotor 107 dont une extrémité porte le moyeu d'accouplement 108 à la charge, ledit moyeu pouvant être constitué par exemple par des cannelures ou par une rainure de clavetage. L'autre extrémité de l'arbre de rotor porte le moyeu d'accouplement 109 d'un dispositif de détection de la position angulaire de l'arbre de rotor. Une palette mobile 110 est liée rigidement à l'arbre 107 et se déplace angulairement dans le volume delimité par les flasques 101, 102 et le chemin cylindrique 104 du manchon 103. Les déplacements de la palette sont limités angulairement par une butée fixe 111 rapportée sur l'un des flasques au moyen de pieds de centrage 112. On notera que le nombre de palettes et de butées qui est de un dans le cas représenté peut être augmente pour obtenir un angle de rotation plus faible, mais un couple plus important. Le chemin cylindrique 104, la palette 110 et la butée 111 délimitent deux chambres 113 et 114. Chacune de ces chambres est reliée par des canaux 115, 116 à l'organe de distribution 117 commandant les mouvements de la palette 110 donc de l'arbre 107. Les canaux 115, 116 débouchent dans un plan de raccordement 117 A et celui-ci porte l'organe de distribution 117. L'étanchéité entre les chambres 113 et 114 est réalisée - au niveau de la palette 110, par un joint plastique 118 précontraint par un joint en élastomère 119 tous les deux situés dans une rainure disposée à la périphérie et sur les flancs de la palette, - au niveau de la butée 111, par deux joints 120, 120' plastiques.Les deux joints plastiques ont une forme en U et permettent d'assurer l'étanchéité sur tout le pourtour de la butée, un joint élastomère 121 précontraint les joints 120, 120', - au niveau des flasques 101, 102 par des joints circulaires rigides, métalliques ou plastiques 122, 122' disposés dans deux cavités circu laires 123, 123' des flasques 101, 102 qui sont appliqués contre les parois cylindriques intérieure et extérieure de la cavité correspondante sous l'action d'une pression de fluide.Les joints 122, 122' sont poussés axialement contre l'arbre 107 au moyen de joints élasto meres 124, 124' placés sur les fonds des cavités 123, 123', - au niveau de 11 arbre 107, dans le but d'éviter les fuites d'huile vers l'extérieur, par des joints circulaires rigides 125, 125' analogues aux joints 122, 122' disposés concentriquement à ces derniers dans les mêmes cavites 123, 123' et poussés axialement contre l'arbre 107 par des joints elastomères 126, 126' placés sur le fond desdites cavités. Cet agencement isole les paliers 106, 107 du fluide hydraulique. Selon la variante de réalisation représentée à la figure 3, les joints circulaires intérieurs 125, 125' sont remplacés par les joints d'arbre 201, 202. Les cavités 203, 204 contenant les joints circu laires 205, 206 disposés à la manière des joints précités 122, 122' sont mises en pression comme les cavités 123, 123'. Cette manière de procéder permet de lubrifier simultanément les paliers 106, 106'. La mise sous pression des cavités 123, 123' ou 203, 204 comprises entre les deu paires de joints 122, 122' et 125, 125' (fig. 1) ou 201, 202 et 205, 206 (fig. 4) s'effectue de la maniera suivante : une source de pression extérieure alimente par exemple l'organe de distribution 117 et les cavités 123, 123'. A cet effet, on fait déboucher un canal 128 dans la cavité 123 au travers du flasque 101 et à partir d'un orifice 127 du plan de raccordement 117 A. L'autre cavité 123' est alimentée à partir de la premiere cavité 123 par l'intermédiaire d'un canal 129 percé dans le pied de la palette 110. Selon une variante de réalisation, on alimente les cavités 123, 123' par la pression la plus élevée des chambres 113 ou 114. La pression dans les cavités 123, 123' ou 203, 204, comprises entre les deux paires de joints 122, 122' et 125, 125' (fig. 1) ou 201, 202 et 205, 206 (fig. 4) sera alors supérieure à la plus petite des pressions qui règne dans les chambres 113 ou 114. Le dispositif de mise en pression des cavités précitées est représenté aux figures 4, 5 et constitue un sélecteur à bille logé à l'intérieur de la palette. Ce sélecteur comprend deux aièges 301, 302 en sortie des chambres entre lesquels se déplace une bille 303. La bille 303 est soumise à la pression différentielle PA - P3 des deux chambres 304, 305. La bille 303 est appliquée par les efforts de pression sur le siège de sortie de chambre dans laquelle règne la plus faible pression soit, par exemple, sur le siège 302 si PA > P3. Les chambres 304 et 305 sont alors isoles et la pression PA s'établit dans les cavités par l'intermédiaire de passages de fluide 308 et 309 dans la palette définissant la voie de communication d'une chambre 304 ou 305 avec lesdites cavités. Cette disposition utilise donc seulement les canaux de liaison 115, 116 entre la face 117 A et le vérin proprement dit. Elle est donc intéressante lorsque, pour des raisons d'implantation, l'organe de distribution 117 est éloigne du verin rotatif du fait que le raccordement entre ces deux organes s'effectue à l'aide de 2 canalisations. Quel que soit le dispositif de mise en pression des cavités interjoints, la pression interne du vérin applique les joints contre les diverses parois et supprime ainsi la cause d'un débit de fuite entre elles et les joints. Le vérin rotatif d'asservissement possède également des moyens limiteurs de pression limitant la différence de pression entre les deux chambres. Ces clapets peuvent être intégrés dans l'un des flasques ou dans la palette comme représenté à la figure 6 qui associe les deux fonctions - sélection de la pression la plus élevée, - limitation de la pression différentielle. Le dispositif comprend une bille 401 mobile dans un fourreau 402 logé au plan de svmétrie passant par dans un alésage 403 de la palette,perpendiculaire/l'axe de~rotatlon de celle-ci. Le fourreau 402 est solidaire, en translation et en rotation, de l'alésage 403 par tout moyen connu (anneaux élastiques, vis). La bille 401 peut se déplacer selon l'axe de l'alésage 403 entre deux clapets 405, 405' en repos sur les sièges 406, 406' formés par les arêtes du fourreau 402 par l'intermédiaire de deux ressorts 407, 407', ces derniers prenant appui sur des rondelles 408, 408' retenues axialement dans l'alésage 403 par des anneaux élastiques intérieurs 409, 409'. Les clapets 405, 405' sont munis d'orifices 410, 410' de diamètre inférieur à celui de la bille 401 mais suffisant pour laisser s'éccrlr le debit d'une chambre telle que 304 ou 305 vers vautre, en cas d'ouverture d'un des deux clapets. Le fourreau 402 est percé d'un passage de fluide radial 411 qui communique avec un passage 412 analogue au passage 308 de la figure 5 afin d'alimenter la cavité interjoints. Le fonctionnement des moyens limiteurs de pression est le suivant - lorsque la différence de pression P A - P3 reste inférieure à la pression de tarage des ressorts 407, 407Z, les clapets 405, 405' restent appliqués sur leurs sieges 406, 406' et aucun débit ne passe de la chambre 304 à la chambre 305 La bille 401 est appliquée contre le clapet 405 si PB) PA ou contre le clapet 405' si l'A > Pg. Le passage de fluide 412 d'alimentation des cavités inter-joints est alors relié à la chambre où règne la plus forte pression, - si la différence de pression P A - P3 atteint la valeur de tarage des ressorts 407, 407', l'un des clapets 405, 405' se soulève de son siège. Ainsi, si PX ; Pg, la pression PA repousse la bille 401 contre le bord du trou 41 > et écarte le clapet 405' de son siège 406'. Un débit s'écoule alors de la chambre 304 à la chambre 305 par la voie du trou 410 ménagé dans le clapet 405, de l'espace entre la bille 401 et le fourreau 402, de l'espace entre le siège 406' et le clapet 405' et du jeu entre le clapet 405' et l'alésage 403. On notera que ce même dispositif peut etre utilisé en l'absence de la fonction sélecteur : le fourreau 402 ne comprend alors pas le passage 411 ; seule la fonction limitation de pression est assurée, sous un faible encombrement. Les figures 7 et 8 représentent schématiquement les différentes fonctions remplies par le vérin rotatif d'asservissement 1, objet de la demande, lorsque la mise en pression de la cavité interjoints est effectuée à partir d'une pression extérieure (fig. 7) ou à l'aide d'un sélecteur (fig. 8). On y distingue : - la fonction limitation de pression, représentee par les limiteurs de pression 2 et 3, associes aux clapets 4 (qui sont matérialisés par la bille 401), - la fonction raccordement, à l'aide du plan de raccordement P à 3 orifices (fig. 7) ou 2 orifices (fig. 8). Cette fonction correspond respectivement au dessin de montage de la figure 1 et de la figure 4. REVENDICATIONS. 1. Vérin rotatif du type comportant un volume étanche délimité par une paroi cylindrique constituant un manchon et par deux flasques obturant les extrémités du manchon, ce volume étanche contenant au moins une butée fixe portée par un flasque et une palette mobile portée par un arbre de rotor, la butée fixe coopérant avec la palette mobile et ladite paroi pour constituer à l'intérieur dudit volume, des chambres étanches accessibles au fluide d'une source de pression, caractérisé par le fait que l'une ou l'autre des chambres (304, 305) selon le cas de fonctionnement est en communication par des moyens de sélection et/ou de limitation de pression (301, 302, 303 - 401, 405, 406, 405', 406') avec une voie d'alimentation de cavités (123, 123' ou 203, 204') définies entre les moyens d'étanchéité (122, 122', 205, 206) associés aux flasques (101, 102) et les moyens d'étanchéité (125, 125' 201, 202) associés à l'arbre de rotor (107). 2. Vérin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de sélection ou de lim.itation de pression utilisent une bille (303, 401) soumise à la pression différentielle des chambres montée à déplacement entre les sieges (301, 302 - 406, 406') des obturateurs de la voie d'alimentation de cavités situées entre les moyens d'étanchéité respectivement associes à l'arbre de rotor et/ou aux flasques. 3. Vérin selon l'une ou l'autre des revendications 1, 2, caractérisé par le fait que le dispositif limiteur de pression possède deux clapets (405, 405') tarés coopérant avec des sièges (406, 406') portés par un fourreau (402) contenant une bille (401), mobile entre les clapets (405, 405'), ces derniers portant des orifices (410, 410') de diametre inférieur à celui de la bille et autorisant l'écoulement du debit de fluide d'une chambre vers l'autre lors de l'ouverture de l'un des clapets. 4. Vérin selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens de selection et/ou de limitation de pression sont portés par la palette (110) munie de passages de fluide (308, 309 - 411, 412) vers les cavités définies entre les moyens d'étanchéité associés à l'arbre de rotor et/ou aux flasques.