Brevet FR2521745A1 — publié le 19830819

DISPOSITIF DE COMMANDE D'UNE CAME A TROIS DIMENSIONS UTILISABLE NOTAMMENT COMME PARTIE D'UN CALCULATEUR D'UNE FONCTION DE PLUSIEURS VARIABLES La présente invention concerne un dispositif de commande d'une came à trois dimensions, utilisable notamment comme partie d'un calculateur d'une fonction de plusieurs va- riables, par exemple pour la régulation d'une turbo- machine. On sait que la régulation d'une turbomachine nécessite un calculateur complexe, capable entre autres de calculer une ou plusieurs fonctions de plusieurs variables, qui peuvent être des paramètres physiques divers, tels que des tempé- ratures, des débits, le régime de la turbine etc. On connait déjà des calculateurs de fonctions de plusieurs variables, de différents types, notamment des calculateurs purement électroniques; ils offrent l'inconvénient de n'admettre que des grandeurs d'entrée de nature électri- que, alors que le dispositif de commande selon la présente invention admet des grandeurs d'entrée les variables - d'une nature fluidique hydraulique ou pneumatique - tandis que la grandeur de sortie la fonction est un déplacement en translation, qui peut être aisément conver- ti en une grandeur d'une autre nature physique quelconque. Le dispositif de commande d'une came à trois dimensions selon la présente invention est caractérisé en ce que la came à trois dimensions est matérialisée par les reliefs d'une surface sensiblement cylindrique, solidaire d'une pièce comportant un alésage cylindrique, et que ladite came est déplacée au regard d'au moins un palpeur, par un vérin composite, produisant des mouvements indépendants de ladite came: 2 - autour de l'axe de rotation du système pour l'une des grandeurs, en translation dans la direction de cet axe pour la deuxième grandeur. Le brevet EUA 2 893 210 demandé le 17 juin 1958 décrit l'association, dans un même cylindre fixe, d'un piston communiquant des déplacements rectilignes à une tige, avec une sorte de vérin rotatif, comportant deux chambres; le remplissage de l'une ou l'autre de ces chambres avec un fluide sous pression produit la rotation d'une douille immobilisée en translation par rapport à ladite tige, mais solidaire de celle-ci en rotation. Ce dispositif connu, qui comporte un vérin à action rec- tiligne combiné avec un vérin rotatif, pourrait être uti- *lisé pour la mise en oeuvre de la présente invention, en montant la came a trois dimensions, c'est-à-dire notamment la pièce cylindrique sur laquelle cette came est montée ou réalisée, à l'extrémité de la tige du vérin composite, qui sort du carter de ce vérin La réalisation ainsi obtenue, -qui pourrait cependant être intéressante pour certaines applications, offrirait toutefois une compacité insuffi- santé pouïr son emploi dans le régulateur d'une turbo- machine, puisque la came et son palpeur seraient nécessai- rement montés dans le prolongement du cylindre fixe du vérin composite. Par suite, dans une forme de réalisation préférée du dis- positif selon la présente invention, qui comporte égale- ment un vérin à action rectiligne combiné avec un vérin rotatif, on prévoit un axe fixe, comportant au moins une nervure radiale externe, un cylindre de vérin rotatif, qui est monté librement tournant sur l'axe fixe et sa nervure, et a Mtnagé de façon à délimiter avec eux au moins deux 3 chambres étanches, ayant chacune deux cloisons radiales, l'une étant formée par la nervure fixe et l'autre cloison radiale étant solidaire du cylindre rotatif, un cylindre de vérin à action rectiligne, qui est plus long que le cylindre rotatif, et qui est monté librement coulissant sur ledit vérin rotatif et librement tournant sur l'axe fixe de façon à délimiter avec eux au moins une chambre étanche, la came cylindrique étant formée ou montée sur la surface cylindrique extérieure du cylindre du vérin à action rectiligne, et des moyens étant en outre prévus pour alimenter indépendamment et sélectivement, avec un fluide sous pression, les chambres du vérin rotatif et celles du vérin à action rectiligne. Cette forme de réalisation de l'invention est particuliè- rement avantageuse dans la mesure notamment o la came à trois dimensions et le palpeur correspondant sont disposés au niveau même du vérin composite, et notamment du cylin- dre du vérin à action rectiligne, ce qui accroit considé- rablement la compacité du dispositif obtenu par rapport-à la compacité du dispositif utilisant le vérin composite selon le brevet EUA 2 893 210, mentionné précédemment. Le dispositif de commande d'une came à trois dimensions selon la présente invention est susceptible d'applications très larges, sortant même du domaine des calculateurs, comme on le précisera ultérieurement. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation préférée du dispositif selon la présente invention. La figure 1 est un schéma théorique, sur lequel cette forme de réalisation a été représentée en coupe par un plan axial, suivant la ligne I-I de la figure 2. 252 1745 4 - La figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II- II de la figure 1. La figure 3 est une vue de détail de cette forme de réalisation de l'invention, en coupe partielle sui- vant un plan axial, suivant la ligne III-III de la figure 4. La figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV- IV de la figure 3. Sur le schéma théorique des figures 1 et 2, 1 désigne un axe fixe dont les deux extrémités sont fixées respecti- vement dans des supports 2 a et 2 b L'axe fixe 1 comporte deux nervures radiales, externes, la et lb, diamétralement opposées l'une à l'autre 3 désigne un cylindre de vérin rotatif, qui est monté librement tournant sur l'axe fixe 1 et ses nervures, la et lb, et qui comporte également deux nervures radiales, internes, 3 a et 3 b, diamétralement op- posées l'une à l'autre et coopérant avec l'axe fixe 1, entre ses nervures la et lb, de façon à délimiter quatre chambres étanches 3 A à 3 D (figure 2) L'étanchéité de ces quatre chambres est assurée par des moyens connus, qu'il n'est pas nécessaire de décrire en détail, au niveau des surfaces de contact entre les nervures externes, la et lb, de l'axe fixe 1, et la surface cylindrique interne du vé- rin rotatif 3, des surfaces de contact entre les nervures internes, 3 a et 3 b, dudit vérin rotatif 3 et l'axe fixe if entre ses nervures la et lb, des surfaces de contact entre ledit axe 1 et des alésages, 3 c et 3 d, aménagés dans les deux parois extrêmes du vérin rotatif 3, et des surfaces de contact entre les faces internes desdites parois ex- trêmes du vérin rotatif 3 et les extrémités correspon- dantes des nervures la et lb de l'axe 1 Ces moyens d'étanchéité connus sont choisis évidemment de manière à permettre la libre rotation du vérin rotatif 3 autour de l'axe 1 et de ses nervures la et lb 4 désigne un cylindre de vérin à action rectiligne, qui est plus long que le cy- lindre rotatif 3, et qui est monté librement coulissant sur ledit vérin rotatif 3 et librement tournant sur l'axe fixe 1, de façon à délimiter avec eux deux chambres étan- ches, 4 A et 4 B L'étanchéité de ces deux chambres est assurée par des moyens connus, choisis de façon à permet- tre la libre rotation du cylindre 4 sur l'axe fixe 1, au niveau des alésages 4 a et 4 b, aménagés dans ses parois extrêmes; 5 désigne une clavette qui immobilise le cy- lindre 4 en rotation par rapport au cylindre 3 tout en permettant leurs coulissements relatifs. Chacune des paires de chambres 3 A-3 C et 3 B-3 D est reliée par une canalisation 6 A ou 6 B à deux accès d'une servo- commande hydraulique 7 x, dont deux autres accès sont re- liés respectivement à une source de liquide hydraulique sous pression S, et à une conduite de vidange V, la servo-commande 7 x comportant en outre une entrée pour la première variable x, qui peut y être appliquée sous une forme physique appropriée, mais largement arbitraire (dé- placement mécanique, pression de fluide, grandeur élec- trique etc); comme visible sur la figure 1, chacune des canalisations 6 A et 6 B traverse resppectivement l'axe fixe 1, dans des directions sensiblement axiales, ainsi que les supports 2 a et 2 b De même, des canalisations 8 A et 8 SB relient respectivement les chambres 4 A et 4 B à deux accès d'une servo-commande 7 y, dont deux autres accès sont également raccordés à la source S et à la conduite de vi- dange V et qui comporte une entrée y appliquée sous une forme physique appropriée mais largement arbitraire. Dans la forme de réalisation illustrée, la surface latérale 6 - du cylindre 4 du vérin à action linéaire a été usinée, ou bien est venue de moulage avec des reliefs tridimension- nels, dont l'ensemble constitue une came à trois dimensions les reliefs superficiels de cette dernière peuvent être captés par des palpeurs tels que l Oa et lod. Le dispositif selon la présente invention, qui vient d'être décrit, fonctionne de la façon suivante. On va supposer par exemple que les positions initiales res- pectives du vérin rotatif 3 et du vérin à action rectiligne 4 sont telles que les chambres 3 A, 3 C et 4 A ont des volumes. sensiblement nuls, ou tout au moins minimaux Par conven- tion, ces positions initiales des deux vérins peuvent cor- respondre à des valeurs fixes, mais arbitraires, des varia- bles x et y, par exemple à leurs valeurs 0 Si par exemple la variable x croit à partir de sa valeur initiale, la servo-commande 7 x établit des liaisons directes, d'une part entre la source de liquide hydraulique sous pression S et la panalisation 6 A, et, d'autre part, entre la canalisation 6 B et la conduite de vidange V; le liquide hydraulique sous pression que la canalisation 6 A amène dans les cham- bres 3 A et 3 C exerce des couples moteurs de même sens (de sens horaire sur la figure 2) sur les nervures internes 3 a et 3 b du cylindre du vérin rotatif 3, qui est ainsi entrai- né en rotation autour de l'axe fi-xe 1 jusqu'à ce que, par exemple, la variable x cesse de croître; les volumes ini- tiaux des deux chambres 3 A et 3 C ont ainsi augmentés, a partir de leurs valeurs minimales respectives, jusqu'à des valeurs finales, proportionnelles respectivement à l'ac- croissement de la variable x, tandis que, simultanément, les volumes des chambres 3 B et 3 D, qui étaient initialement maximaux, ont été réduits chacun dans la même proportion, une fraction correspondante du liquide hydraulique contenu * 35 dans lesdites chambres 3 B et 3 D étant refoulée par la 7- canalisation 6 B et la servo-commande 7 x vers la conduite de vidange V Si, à partir de la valeur précédemment atteinte, la variable x diminue, la servo-commande 7 x met aussitôt les chambres 3 A et 3 C en communication avec la conduite de vidange V et les chambres 3 B et 3 D avec la source de liqui- de hydraulique S, si bien que le cylindre du vérin rotatif 3 tourne en sens inverse jusqu'à ce que la variable x cesse de décroître Lorsque la seconde variable y, croit à par- tir de sa valeur initiale, la servo-commande 7 y relie, d'une part, la chambre 4 A, par la canalisation BA, à la source de'liquide hydraulique sous pression S, et, d'autre part, la chambre 4 B, par la canalisation 8 B, à la conduite de vidange V Le liquide hydraulique sous pression intro- duit dans la chambre 4 A exerce une force résultante axiale sur sa paroi interne droite (sur la figure 1), qui a pour effet de faire coulisser le cylindre du vérin à action rec- tiligne 4 par rapport au vérin 3 et à l'axe 1, également vers la droite de la figure 1; il en résulte un accrois- sement du volume de la chambre 4 A et une diminution du vo- lume de la chambre 4 B, à partir de sa valeur initiale, maximale, une fraction du liquide hydraulique contenu dans cette chambre 4 B étant alors refoulée par la canalisation 8 B vers la conduite de vidange V Lorsque la variable y cesse de croître, le vérin 4 s'immobilise à une distance de sa position initiale sensiblement proportionnelle à l'ac- croissement de la variable y: en cas de décroissance de cette dernière, le vérin 4 se déplace vers la gauche de la figure 1 Comme par ailleurs, le vérin à action rectiligne 4 a été entraîné en rotation par le vérin rotatif 3, on comprend que chaque palpeur tel que l Oa, fixe par rapport à l'axe 1, présente, à un instant donné, des coordonnées cy- lindriques par rapport à la came à trois dimensions, qui sont respectivement proportionnelles aux valeurs instanta- nées des variables x pour la coordonnée périphérique - et yt pour la coordonnée axiale Si la came à trois 8 - dimensions portée par la surface latérale du vérin 4 a été dimensonnée de façon que sa dimension radiale, z, soit une fonction mathématique déterminée f(x,y) des variables x, y on comprend que la grandeur captée par le palpeur fixe l Oa, qui varie linéairement avec la coordonnée radiale z, est effectivement proportionnelle à la valeur de la fonction f(x,y) pour les valeurs instantanées des variables x, y appliquées aux entrées correspondantes des servocommandes 7 x et 7 y. Dans la réalisation pratique de l'invention qui est illus- trée en détail sur les figures 3 et 4, on retrouve, avec les mêmes références que sur les figures 1 et 2, les dif- férents organes et composants précédemment décrits, à l'exception des servo-commandes 7 x et 7 y On a représenté par contre, sur les figures 3 et 4, trois barres 9 a, 9 b et 9 c, dont les extrémités droites (sur la figure 3) sont solidaires d'un manchon 9, à l'intérieur duquel est fixée l'extrémité correspondante de l'axe fixe 1, ce manchon 9 ' étant muni lui-même, a son extrémité droite, de trois bri- des, telles que 9 A, pour le passage de vis, telles que ll A, servant à la fixation de l'ensemble du dispositif de com- mande par exemple a une paroi 12 Les extrémités gauches des trois barressupports 9 a à 9 c sont d'autre part réunies à l'extrémité correspondante de l'axe fixe 1 par un organe transversal 13 A l'une au moins des barressupports, par exemple a la barre 9 a, est fixé, par exemple par l'inter- médiaire de brides 14 a et 14 b, un palpeur 10 qui, dans l'exemple de réalisation illustré, comporte une tige 10 A montée coulissante dans une direction radiale, fixe par rapport à l'axe fixe 1, de manière que l'extrémité de la tige l OA du palpeur 10 soit appliquée élastiquement contre la surface de la came à trois dimensions, matérialisée par la surface latérale externe du cylindre 4. 252 1745 99 _ Comme représenté schématiquement sur la figure 4, le pal- peur 10 peut en variante, comporter un levier l OB articulé autour d'un axe fixe, par rapport à l'axe fixe 1, ce levier étant rappelé élastiquement pour que le palpeur suive le profil de la came. La présente invention n'est pas limitée à la forme de réa- lisation précédemment décrite; elle englobe toutes ses variantes Les nombres des nervures radiales, respective- ment externes et internes, de l'axe fixe 1 et du vérin ro- tatif 3 sont matières à option; chacun des organes 1 et 3 pourrait comporter par exemple une seule nervure, de façon à délimiter seulement deux chambres dans le vérin rotatif. Le vérin à action rectiligne 4 pourrait être du type à simple effet, à condition de prévoir des moyens connus de rappel Bien entendu, l'un au moins des deux vérins 3 et 4 pourrait être alimenté avec de l'air comprimé Le nombre et la réalisation des différents palpeurs tels que 10 (figure 3) sont matières à option Dans le cas d'un palpeur équipé d'une tige coulissante telle que 1 OA (figure 3) ou d'un le- vier tel que l OB (figure 4), on peut prévoir de faire agir la tige coulissante ou le levier sur un transducteur, qui transforme ses déplacements rectilignes en une autre gran- deur physique, de nature appropriée, par exemple une gran- deur électrique. On a supposé, dans ce qui précède, que les grandeurs d'en- trée x et y étaient des fonctions d'une seule variable. Bien entendu on ne sortirait pas non plus du cadre de la présente invention si les grandeurs d'entrée x et/ou y étaient des fonctions obtenues d'un générateur de fonctions a partir de plusieurs variables, et notamment si l'une et/ou l'autre des grandeurs d'entrée x et y étai(en)t la grandeur de sortie d'une (ou plusieurs) came(s) à trois dimensions. - Le dispositif de commande d'une came a trois dimensions selon la présente invention est susceptible d'applications différentes de celle pr'cédemment indiquée, et, notamment, de toutes les applications des cames purement mécaniques, à trois dimensions En particulier, il est possible de faire varier au cours du temps les variables x, y de telle façon que le palpeur fixe Nexplor'e" la came à trois dimensions suivant une trajectoire continue, régulière, par exemple en hélice ou bien suivant des génératrices raccordées par des arcs d'hélice, de telle sorte que la variation au cours du temps de la grandeur de sortie du capteur soit représenta- tive du balayage de la surface de la came à trois dimen- sions; un tel dispositif pourrait être utilisé par exemple pour la reproduction ou la copie d'une pièce de forme com- plexe, soit à partir de la pièce elle-même, si elle est de forme sensiblement cylindrique, soit à partir d'un modèle cylindrique de la pièce, ou d'un modèle plan, mais suffi- samment souple pour pouvoir être appliqué sur une surface rigide cylindrique. il - REVENDICATIONS 1 Dispositif de commande d'une came à trois dimensions, utilisable notamment comme partie d'un calculateur d'une fonction de deux grandeurs résultant de plusieurs varia- bles, par exemple pour la régulation d'une turbomachine, dispositif caractérisé en ce que la came à trois dimensions est matérialisée par les reliefs d'une surface sensiblement cylindrique solidaire d'une pièce ( 4) comportant un alésage cylindrique et que ladite came est déplacée en regard d'au moins un palpeur (l Oa, lob, 1 Oc, l Od; 10) par un vérin composite ( 3 et 4) produisant des mouvements indépendants de ladite came: autour de l'axe de rotation du système pour l'une des grandeurs en translation, dans la direction de cet axe pour la deuxième grandeur. 2 Dispositif selon la revendication 1, comportant un vérin à action rectiligne ( 4) combiné avec un vérin rotatif ( 3), caractérisé en ce qu'il comporte un axe fixe ( 1), compor- tant au moins une nervure radiale externe (la, lb), un cy- lindre de vérin rotatif ( 3) qui est monté librement tour- nant sur l'axe fixe ( 1) et sa nervure (la, lb), et aménagé de façon à délimiter avec eux au moins deux chambres étan - ches ( 3 A, 3 B, 3 C, 3 D), ayant chacune deux cloisons radia- les, l'une étant formée par la nervure fixe ( 1) et l'autre cloison radiale étant solidaire du cylindre rotatif ( 3), un cylindre de vérin à action rectiligne ( 4), qui est plus long que le cylindre rotatif ( 3) et qui est monté librement coulissant sur ledit vérin rotatif ( 3) et librement tour- nant sur l'axe fixe ( 1), de façon à délimiter avec eux au moins une chambre étanche ( 4 A, 4 B), la came étant formée ou montée sur la surface cylindrique extérieure au cylindre du vérin à action rectiligne ( 4), ainsi que des moyens pour 12 - alimenter indépendamment et sélectivement, avec un fluide so US pression, les chambres ( 3 A, 3 B, 3 C, 3 D) du vérin rota- tif ( 3) et celles ( 4 A, 4 D) du vérin à action rectiligne ( 4). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'axe fixe ( 1) et le cylindre de vérin rotatif ( 3) com- portent, le premier extérieurement, et le second intérieu- rement, chacun au moins une paire de nervures radiales (la, lb, 3 a, 3 b), de préférence diamétralement opposée l'une a l'autre, et délimitant au moins deux paires de chambres étanches ( 3 A, 3 B, 3 C, 3 D), symétriques l'une de l'autre par rapport à l'axe fixe, et que des canalisations ( 6 A, 6 B, 8 A, 8 B) sont aménagées A l'intérieur de l'axe fixe ( 1) pour re- lier les paires de chambres ( 3 A, 3 B, 3 C, 3 D) du vérin rota- tif sous pression ou avec une conduite (V) de vidange. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le palpeur ( 10) comporte une tige (l OA) montée coulissante dans une direction radiale fixe par rapport à l'axe fixe ( 1), rappelée élastiquement pour suivre le profil de la came. 5 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le palpeur comporte un levier (l OB), articulé autour d'un axe fixe, par rapport A l'axe fixe ( 1), levier rappelé Plastiquement pour suivre le pro- fil de la came. 6 Dispositif selon la revendication 4 ou la revendication , caractérisé en ce que la tige coulissante (O 10 A) ou le levier (l OB) actionne un transducteur transformant ses dé- placemnts rectilignes en une autre grandeur physique, de nature appropriée.