Brevet FR2528919A1 — publié le 19831223

Vérin rotatif asservi La présente invention ooncerne un vérin rotatif asservi et plus particulièrement un vérin rotatif asservi dont l'angle de rotation de l'arbre est directement proportionnel à un signal d'entrée. Les vérins rotatifs connus mettent en oeuvre comme élément de pilotage une servo-valve avec contrôle de l'angle de rotation au moyen d'un capteur de position ou codeur. On contact plus particulièrement des vérins comportant au moins une palette entraSnée dans un rotor par la pression d'un fluide et liée à un arbre de transmission de puissance. Cependant, dans de tels dispositifs l'angle de rotation ntest jamais supérieur à 2700 pour une palette, et de valeur inférieure dans le cas où deux ou trois palettes sont mises en oeuvre. En outre, de tels vérins présentent des performances dynamiques reiativement faibles résultant des frottements internes dus aux organes d'étanchéité associés auxdites palettes, ce qui entraîne un manque de précision pour de faibles valeurs du signal de commande. De plus de tels vérins sont d'une réalisation complexe et onéreuse par suite précisément des problèmes d'étanchéité se présentant au niveau des palettes. On contact également des vérins asservis mécaniquement par une vis, mais qui présentent un faible rendement limitant ses performances dynamiques et de positionnement dans le cas de rotations de faible amplitude. La présente invention permet de remédier aux inconvénients précités. L'invention a donc pour objet un vérin rotatif asservi du type comportant un corps enserrant un cylindre à l'intérieur duquel est apte à coulisser un piston, caractérisé par le fait que ledit cylindre est obturé à l'une de ses extrémités par un premier fond se prolongeant par un manchon venant porter sur les parois d'un premier alésage ménagé dans ledit piston, l'êxtérieur dudit manchon ainsi que la partie dudit premier alésage délimitée par la partie avant du manchon définissant une première chambre communiquant en permanence avec une source de fluide sous haute pression la partie extérieure du piston comportant une cré maillère apte à engrener sur une roue-crémaillère calée sur l'arbre de sortie du vérin, ledit piston comportant par ailleurs un deuxième alésage recevant une fourrure se terminant par un prolongement creux engagé dans ladite première chambre ainsi qu'à l'intérieur du manchon, un alésage axial étant ménagé dans ladite fourrure et recevant une vis à filet hélicoïdal pouvant être entraînée en rotation, la partie avant du piston et le fond du cylindre définissant une deuxième chambre dont la section est supérieure à celle de la première chambre, une cavité étant ménagée dans la partie avant du piston et communiquant avec une source à basse pression dudit fluide, ladite première chambre communiquant avec une première canalisation dont l'orifice de sortie débouche au niveau de la vis, ladite cavité communiquant avec une deuxième canalisation dont l'orifice de sortie débouche de même au niveau de ladite vis, de sorte que selon le sens de rotation de la vis, ladite deuxième chambre soit mise en communication soit avec la source de fluide sous haute pression soit avec la source de fluide sous basse pression, ledit piston se trouvant ainsi entraîné en translation dans un sens ou en sens inverse, ledit arbre de sortie du vérin étant pour sa part entraîné en rotation dans un sens ou en sens inverse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit donnée à titre d'exemple purement illustratif mais nullement limitatif en référence au dessin annexé qui représente un mode de réalisation préféré de ladite invention. Sur la figure annexée un vérin rotatif selon l'invention comporte un corps 1 venant enserrer un cylindre 2 formé de deux parties 2A et 2B d'axe commun. La partie 2A du cylindre 2 est obturée par un premier fond 3 se prolongeant à l'intérieur de ladite partie 2A par un manchon eylin- drique 4 dont l'intérieur communique avec une source d'un fluide tel que de l'huile sous pression P (non représentée) par l'intermédiaire d'une première conduite 5 ménagée dans le fond 3. Entre les deux parties 2A et 2B du cylindre 2 d'une part et le manchon 4 d'autre part peut coulisser un piston-6 présentant un premier alésage 11 sur les parois duquel vient porter ledit manchon 4, la partie inférieure du piston 6 comportant une crémaillère 7 apte à engrener dans une roue-crémaillère 8 disposée dans la partie inférieure dudit corps 1 et calée sur l'arbre de sortie 9 du vérin. Avantageusement, le vérin peut être équipé au niveau de-l'arbre 9 d'un système de rattrapage de Jeu par excentrique. Un tel système bien connu de l'hoe de l'art n'a donc pas été représenté. Le fond de l'alésage 11 du piston 6 définit une première chambre 12 co uniquant donc avec la source de fluide sous pression P. Des joints tels que 10 assurent l'étanchéité entre le manchon 4 et le piston 6. Par ailleurs, la partie avant du piston 6 présente un deuxième alésage 13 dans lequel est adaptée une fourrure 14 se terminant par un prolongement creux 15 obturé à son extrémité, et venant s'engager à l'intérieur de ladite première chambre 12 ainsi que dans la partie inté rieure du manchon 4. Des joints tels que 16 et 17 assurent l'étanchéité entre la partie 2B du cylindre 2 et le piston 6, ainsi qu'entre ledit piston 6 et la fourrure 14 respectivement. On voit également sur la figure un alésage axial 18 ménagé dans la fourrure 14, cet alésage pouvant recevoir une vis 19 à filet hélicoIdal dont la partie en relief est référencée 19A, tandis que la partie en creux est indiquée en 19B. Cette vis 19 peut être entratnée en rotation au doyen d'un moteur 20 par exemple du type pas à pas à commande numé rique- - ou à commande analogique fixé sur un deuxième fond 21 venant obturer la partie 2B du cylindre 2. L'entratnement de la vis 19 est assuré par l'intermédiaire d'un axe 22 tourillonnant dans un roulement 23 disposé dans une cavité prévue dans ledit deuxième fond 21. Entre l'extrémité avant du piston 6 et le fond de la partie 2B du cylindre 2 se trouve définie une deuxième chambre 24. La figure annexée illustre'en outre une deuxième conduite 25 ména g8e dans le premier fond 3 et mettant en communication une source dudit fluide soue pression atmosphérique (non représentée) avec une cavité 26 ménagée dans la partie avant du piston 6 et cela par l'intermédiaire de ltespace ent entre notamment la crémaillère 7 et la partie 2A du cylindre 2. On voit en outre que la première chambre 12 communique avec une première canalisation 30 dont l'orifice de sortie débouche au niveau de la vis 19, tandis que la cavité 26 communique avec une deuxième canalisation 31 dont l'orifice de sortie débouche également au niveau de ladite vis 19. Le diamètre des orifices de sortie des canalisations 30 et 31 est sensiblement égal à la moitié de la largeur du filet de la vis 19 soit au quart de son pas. De plus, la distance entre lesdits orifices de sortie est donnée par la relation p (N | + 0,5) - 2d dans laquelle p est le pas du filet de la vis 19, N un nombre entier (en général égal à 1) et d le diamètre des orifices de sortie des canalisations 30 et 31. Enfin, la référence 32 désigne un patin de contreréaction méca- nique fixé à la partie supérieure du corps 1 et venant en appui sur le piston 6 dans le but d'éviter toute déformation transversale de ce dernier au cours de ses déplacements. Un tel vérin rotatif fonctionne à la manière suivante. En position d'arrêt comme représenté sur la figure, on voit que les orifices de sortie des canalisations 30 et 31 débouchent tous deux sur la partie en relief 19A du filet de la vis 19. En conséquence si l'on suppose, à titre nullement limitatif, que la section de la première chambre 12 est de l'ordre de la moitité de celle de la deuxième chambre 24, il va donc régner dans ees chambres des pressions de fluide de P et P/2 respectivement, P rappelons-le désignant la pression du fluide. Si l'on suppose maintenant que l'on entratne en rotation la vis 19 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre au moyen du moteur 20, on voit que l'orifice de sortie de la canalisation 30 va être mis progressivement en relation avec la partie creuse 19B du filet de la vis 19 qui communique avec la deuxième chambre 24, tandis que l'orifice de sortie de la canalisation 31 demeure au contact de la partie en relief 19A de ladite vis 19. Il en résulte que dans la deuxième chambre 24 la pression va croître progressivement de la valeur P/2 à la valeur P, la pression dans la première chambre 11 restant toujours égale à P.Le piston 6 va donc se déplacer de la droite vers la gauche entraînant donc en rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre l'arbre de sortie 9 du vérin, un tel mouvement étant assuré par la crémaillère 7 dudit piston 6 coopérant avec la roue-crémaillère 8. Inversement, si l'on suppose maintenant que l'on entrain en rotation la vis 19 dans le sens des aiguilles d'une montre au moyen du moteur 20, on voit que l'orifice de sortie de la canalisation 31 va être mis progressivement en relation avec la partie creuse 19B du filet de la vis 19, tandis que l'orifice de sortie de la canalisation 30 demeure au contact de la partie en relief 19A de ladite vis 19. Il en résulte que dans la deuxième chambre 24 la pression va décroître progressivement Jusqu'à la pression atmosphèrique, la pression dans la première chambre 11 restant toujours égale à P. Le piston 6 va donc se déplacer de la gauche vers la droite entraînant donc en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre l'arbre de sortie 9 du vérin, un tel mouvement étant comme précédemment assuré par la crémaillère 7 du piston 6 coopérant avec la roue-crémaillère 8. Il faut noter que le déplacement du piston 6 s'arrête dès que l'on cesse d'entratner en rotation la vis 19 au moyen du moteur 20 ; si l'on poursuit I'entrainement de ladite vis 19, le piston 6 continue sa course. On voit donc que le dispositif selon la présente invention permet de transformer par commande de la vis 19 tout mouvement linéaire du piston 6 en un mouvement de. rotation de l'arbre de sortie 9 du vérin un tel mouvement de rotation pouvant présenter une amplitude d'au moins 3600 avec une précision de l'ordre de +10 minutes. Outre la grande précision des déplacements caractérisant le dispositif selon l'invention on notera également d'autres avantages dont les principaux sont schématisés dans ce qui suit En premier lieu une grande rapidité de réponse associée à la précision élevée du déplacement du piston. En deuxième lieu une réponse en fréquence élevée par suite des faibles inerties mises en jeu. En outre, un faible encombrement associé à une mise en oeuvre simple dans un circuit hydraulique standard. Par ailleurs, un déplacement du piston directement proportionnel au nombre d'impulsions transmises par le moteur de commande. En outre, une faible puissance d'entrée, de l'ordre de quelques watts seulement. Le dispositif selon l'invention trouve donc de nombreux domaines d'applications dans le vaste domaine de la commande hydraulique. Plus particulièrement, le dispositif selon l'invention peut avantageusement être mis en oeuvre dans le domaine de la robotique. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, on peut sans sortir du cadre de l'invention apporter des modifications de détail, changer certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents susceptibles d'y assurer la même fonction technique ou une fonction technique équivalente. REVENDICATIONS 1/ Vérin rotatif asservi du type comportant un corps (1) enserrant un cylindre (2) à l'intérieur duquel est apte à coulisser un piston (6), caractérisé par le fait que ledit cylindre (2) est obturé à l'une de ses extrémités par un premier fond (3) se prolongeant par un manchon (4) venant porter sur les parois d'un premier alésage (11) ménagé dans ledit piston (6), l'extérieur dudit manchon (4) ainsi que la partie dudit premier alésage (11) délimitée par.la partie avant du manchon (4) définissant une première chambre (12) communiquant en permanence avec une source de fluide, sous haute pression (P), la partie extérieure du piston comportant une crémaillère (7) apte à engrener sur une roue-crémaillère (8) calée sur l'-arbre de sortie (9). du vérin, ledit piston (6) comportant par ailleurs un deuxième alésage (13) recevant une fourrure (14), se terminant ar un prolongement creux (15) engagé dans ladite première chambre' (12) ainsi qu'à l'intérieur du manchon (4), un alésage axial (18) étant ménagé dans ladite fourrure (14) et recevant une vis (19) à filet hélicoïdal pouvant être entratnée en.rotation, la partie avant du piston (6) et le fond du cylindre (2) définissant une deuxième chambre (24) dont la section est supérieure à celle de la pre mière chambre (12), une cavité (26) étant ménagée dans la partie avant du piston (6). et communiquant avec une source à basse pression dudit fluide, ladite première chambre (12) communiquant avec une première canalisation (30) dont l'orifice de sortie débouche au niveau de la vis (19), ladite cavité (26) communiquant avec une deuxième canalisation (31) dont ltorifice de sortie débouche de même au niveau de ladite vis, (19), de sorte que selon le sens de rotation de la vis (19), ladite deuxième chambre (24) soit mise en communication soit avec la source de fluide sous haute pression (P), soit avec la source de fluide sous basse pression, ledit piston (6) se trouvant ainsi entraîné en translation dans un sens ou en sens inverse, ledit arbre de sortie (9) du vérin étant pour s'a part entratné en rotation dans un sens ou en sens inverse. 2/ Vérin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit cylindre (2) est formé de deux parties d'axe commun (?A, 2B). 3/ Vérin selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'une des deux parties (2A) du cylindre (2) est obturée par ledit premier fond (3), tandis que l'autre partie (2B) est obturée par un deuxième fond (21), auquel sont assujettis des moyens (20) dtentratne ment en rotation de ladite vis (19). 4/ Vérin selon la revendication 3, caractérisé par le fait que lesdits moyens (20) d'entratnement en rotation de la vis (19) comportent un moteur électrique pas à pas à commande numérique. 5/ Vérin selon la revendication 3, caractérisé par le fait que lesdits moyens (20) d'entratnement en rotation de la vis (19) comportent un moteur électrique pas-à-pas à commande analogique. 6/ Vérin selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le diamètre des orifices de sortie desdites canalisations (30, 31) débouchant au niveau de ladite vis (19) est sensiblement égal au quart du pas du filet hélicoïdal de la vis. 7/ Vérin selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le tait que la distance entre les orifices de sortie desdites canalisations (30, 31) est donnée par la relation p (N + 0,5) - 2d dans laquelle p représente le pas de la vis, d, le diamètre desdits orifices, N étant un nombre entier. 8/ Vérin selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le rapport des sections desdités deuxième (24) et première (12) chambres est sensiblement égal à 2. 9/ Vérin selon l t une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un patin de contreréaction mécanique (32) fixé à la partie supérieure dudit corps (1) et venant en appui sur ledit piston (6). 10/ Vérin selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un dispositif de rattrapage de Jeu par excentrique disposé au niveau dudit arbre de sortie (9) du vérin. 11/ Installation comportant au moins un vérin rotatif selon l'une des revendications précédentes.