Brevet FR2555269A1 — publié le 19850524

DISPOSITIF LIMITEUR DE COUPLE A EMBRAYAGE A BILLES La présente invention se rapporte à un dispositif limiteur de couple à embrayage à billes. Le dispositif limiteur de couple selon l'invention concerne en particulier les simulateurs d'entraînement au pilotage des avions de combat. Son but est de garantir la sécurité des pilotes lors du fonctionnement des sièges de pilotage appelés "gravisièges" ou encore "G sièges" et de leur harnais de maintien, et il est dans ce cas un dispositif limiteur de traction. Pour simuler pendant l'entraînement certaines des réactions mécaniques qui durant le vol réel s'opposent à l'inertie du corps du pilote, des efforts de traction sont appliqués aux sangles du harnais en correspondance avec les évolutions de l'avion simulé. On sait que la formation pratique des pilotes est maintenant assurée couramment et principalement au moyen de simulateurs situés au sol. Les pilotes à instruire sont placés dans des conditions d'environnement aussi réalistes que possible. Tous les appareils de bord ainsi que tous les organes de pilotage sont simulés quant à leur aspect, leur disposition et leur fonctionnement apparent. Dans les simulateurs de vol les reproductions de cockpits ou de cabines de pilotage peuvent être montées sur des platesformes mobiles qui les soumettent ainsi que les pilotes, à des accélérations semblables aux accélérations réelles durant les différentes phases du vol. Par contre, dans les simulateurs de combat les accélérations sont simulées par des artifices capables de produire sur le pilote les sensations tactiles que celuici éprouve en vol réel sous l'effet de ces accélérations, et qui consistent à lui appliquer des forces sous forme de pressions locales ou de serrages par l'intermédiaire : des sièges de pilotage, des combinaisons de vol et des harnais spécialement adaptés à cet effet. Les G-sièges, par exemple, sont pourvus de plaques mobiles auxquelles sont fixés des coussins à gonflage variable. Les sangles du harnais sont reliées par des câbles de traction à des servovérins qui modifient leurs tensions en corrélation avec le mouvement des plaques et le gonflage des coussins. Toutes ces opérations sont déterminées et déclenchées par un calculateur en fonction des évolu tions simulées de l'avion. Il apparaît cependant que de tels montages adoptés sans dispositif de sécurité pourraient être dangereux pour le pilote. Tous les servovérins utilisés soit pour le harnais, soit pour le siège, sont des servovérins asservis en position. Le serrage du harnais résulte donc non seulement des variations de position des servovérins de sangles mais aussi des variations de position de ceux qui manoeuvrent la plaque de siège. Les variations maxima de position des servovérins du siège sont déterminées pour obtenir les accélérations et les pressions voulues sur le pilote tandis que les variations maxima des servovérins de sangle sont déterminées pour les serrages corrects puissent être atteint dans tous les cas. Ce qui ne signifie pas que ces variations maxima soient compatibles en fonctionnement normal et qu'elles puissent être atteintes simultanément en cas d'erreur de commande des servovérins sans risques importants pour la sécurité du pilote. Ainsi, lorsque la plaque de siège monte, les tensions des sangles de cuisse doivent être ajustées constamment de façon que le serrage soit bien celui qui correspond à la simulation. Cette plaque étant soulevée par plusieurs servovérins capables de développer chacun une force de 250 DaN, une panne du servovérin commandant la tension d'une sangle de cuisse se traduirait par un serrage très dangereux.De même, le harnais ayant été ajusté en début d'exercice ou encore réajusté fautivement en cours d'exercice par un pilote inexpérimenté, alors qu'il se trouve que la tige du vérin de sangle est sortie, la rentrée complète de celleci provoquerait un serrage insupportable pour le pilote même si pour des raisons de simulation, le siège est immobile. Pour limiter la traction exercée sur les sangles du harnais, il faut disposer entre les verins et les sangles un dispositif limiteur de traction tel qu'un dispositif à poulies débrayables. Des dispositifs à poulies débrayables existent dans le commerce. La liaison mécanique des poulies est obtenue au moyen de billes immobilisées entre ces poulies dans des logements formés de manière identique dans chacune de cellesci et sous la pression créée par un ressort axial. Lorsque la force à transmettre excède une valeur déterminée par le ressort, les billes sont chassées de leurs logements et roulent circulairement en étant maintenues entre les deux poulies et en libérant mécaniquement celles-ci l'une de l'autre. De tels dispositifs sont destinés à assurer une sécurité de liaison entre des systèmes de rotation continue. Cette liaison étant obtenue au moyen de trois billes au minimum, l'embrayage des poulies se produit avec une indétermination d'un angle, égal ou multiple de 1200, des poulies l'une par rapport à l'autre.Cette indétermination de position n'est pas admissible pour la simulation. La présente invention a pour objet un dispositif limiteur de couple limitant le couple, s'exerçant de façon avantageuse sur une poulie et produit par un câble ou par un dispositif équivalent, à chaîne ou à courroie crantée par exemple, à une valeur déterminée qui, dans le cas de l'application à un "G-siège", correspond à une sensation supportable par le pilote, ce dispositif limiteur comportant un embrayage à deux organes pouvant se déplacer angulairement et axialement l'un par rapport à l'autre et ne possédant qu'une seule position angulaire relative d'embrayage, l'embrayage de ces organes se produisant de manière automatique. Le dispositif limiteur de couple conforme à l'invention est du type comportant un embrayage à deux organes pouvant se déplacer angulairement et axialement l'un par rapport à l'autre, et comportant un dispositif de ressort sollicitant axialement ces deux organes l'un vers Autre et les maintenant embrayés par l'intermédiaire de billes tant que le couple transmis est inférieur à un seuil déterminé par ledit dispositif de ressort, et selon l'invention, l'un au moins des deux organes comporte un guide de roulement à voies de roulement pour billes, ces voies, de longueur finie, se déduisant l'une de l'autre par rotation autour de l'axe de l'embrayage, l'une des extrémités de chaque voie étant disposée en coincidence avec un logement de bille, pratiqué dans chaque organe, et d'autre part, un ressort, fixé par ses extrémités à ces deux organes, agit angulairement de façon à faire tourner en sens opposés les deux organes précités. Selon un mode de réalisation de l'invention, les voies de roulement sont disposées selon une même circonférence. Selon un autre mode de réalisation, chaque voie a une distance par rapport à l'axe de l'embrayage constamment décroissante de l'une de ses extrémités vers l'autre, l'extrémité la plus éloignée de l'axe étant disposée en coincidence avec un logement de bille pratiqué dans chaque organe. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les voies de roulement sont pratiquées dans des guides de roulement rapportés sur l'une au moins des faces en regard des deux dits organes. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les voies de roulement sont pratiquées dans au moins l'une des faces en regard des deux dits organes. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de deux modes de réalisation du dispositif de l'invention, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue montrant le pilote sanglé dans un G-siège, et faisant apparaître un dispositif limiteur de traction; - la figure 2 est une vue en coupe de la première poulie d'un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe de la deuxième poulie dudit premier mode de réalisation; - la figure 4 est une vue en coupe du dispositif entier dudit premier mode de réalisation;; - les figures 5 et 6 sont respectivement une vue en élévation et une vue en coupe d'un guide de roulement du dispositif de la figure 4, et - la figure 7 est une vue en coupe de la deuxième poulie d'un second mode de réalisation du dispositif de l'invention. L'invention est décrite ciaessous en référence à l'application à un limiteur de traction à poulie et câbles de traction pour G-siège, mais il est bien entendu qu'elle n'est pas limitée à une telle application, mais peut être utilisée dans tous les cas où l'on doit limiter un couple, et il est également bien entendu que le dispositif de limitation peut comporter un dispositif de transmission de couple par engrenages, par chaîne ou par courroie crantée, les poulies étant alors modifiées ou remplacées par des dispositifs équivalents, d'une façon qui sera évidente pour l'homme de l'art à la lecture de la description ci-dessous. Comme on le voit d'après la figure 1, le G-siège est réduit pour l'explication à sa partie 101 appelée "baquet" par les fabricants de siège et à une plaque mobile 138 recouverte de coussins non représentés, sur lesquels le pilote est assis. L'ensemble est ajustable par rapport à un bâti fixe non représenté. Par ailleurs, en fonction des accélérations à simuler, la plaque 138 se déplace, entre autres verticalement, sur une distance 102 délimitée par deux positions extrêmes h et b, en opposant au pilote une poussée variable dans le sens ou non de son poids et en lui transmettant un mouvement susceptible d'être limité par le harnais 105. Le pilote est maintenu sur le siège par le harnais du type utilisé pour le vol réel. Le harnais 105 comprend des bretelles 128, des sangles de cuisse 107 et 135, des sangles inguinales 137 et une boucle de fermeture 130. Pour la simulation, des forces de traction sont appliquées indépendamment aux extrémités des sangles de cuisse 107 et 135. Ces forces ont pour effet de faire varier les tensions des sangles de cuisse, et par l'intermédiaire des boucles 113 et 133, celles des bretelles et des sangles inguinales en serrant plus ou moins le pilote. Elles peuvent être créées simplement par deux montages, identiques et placés de part et d'autre et en arrière du pilote, comprenant chacun un servovérin dont la tige est reliée par un câble à l'extrémité d'une des sangles de cuisse. Un seul de ces montages est représenté sur la figure 1, et il comprend essentiellement un servovérin 116 actionnant un câble 103. Un dispositif limiteur de traction 121 à poulies débrayables est inséré entre deux parties 119 et 110 du câble 103 (figure 1). La première partie 119 relie la tige du servovérin 116 à une première poulie 402 du dispositif 121 en s'enroulant partiellement dans la gorge 125 de cellesi, tandis que la deuxième partie 110 fixée par une extrémité et d'une manière identique dans la gorge 123 d'une deuxième poulie 435 du dispositif 125, est fixée par l'autre extrémité, et par l'intermédiaire d'une poulie de renvoi 104, à la sangle de cuisse 107. Les deux poulies 402 et 435 solidaires en rotation en position embrayée transmettent à la sangle 107 la force développée par le servovérin 116, éventuellement à une démultiplication près en raison de leurs diamètres différents.Les moyens de l'invention qui assurent la liaison entre les deux poulies 402 et 435, sont prévus pour que la force transmise ne dépasse pas une valeur limite donnée. Dans le cas contraire, les deux poulies se désolidarisent. Aucune force n'est plus alors transmise : ce qui assure par conséquent la sécurité du pilote. D'une part, pour des raisons de réalisme de simulation, le pilote ne peut boucler sa ceinture que de la façon qui lui est habituelle. D'autre part, la longueur de la sangle et des câbles de traction étant déterminée, les deux parties de câbles à enrouler sur les poulies sont aussi déterminées et déterminent elles-mêmes les angles dont tournent respectivement les poulies ainsi que l'angle relatif dont elles tournent l'une par rapport à l'autre pour atteindre la position d'embrayage. I1 apparaît que pour des raisons de longueur de sangle et d'encombrement des poulies, cet angle est supérieur à 1200 et peut atteindre 3200. Des poulies de type connu à trois bille sont par conséquent susceptibles de donner lieu, à la mise sous tension de la sangle, à au moins un et voire à deux embrayages intempestifs avant d'obtenir la position correcte d'embrayage.Le débrayage des poulies qu'il serait néces saire d'effectuer pour atteindre cette dernière position, demanderait d'appli quer aux poulies un couple de forces d'une valeur supérieure à celle qui correspond au serrage limite des sangles, soit de 30 à 40 daN. Ceci n'est pas acceptable, que cette opération soit faite à la main ou à l'aide d'un outillage spécial. Si les débrayages dus à des erreurs de fonctionnement, ne peuvent être que très rares et pour cette raison ne justifieraient peut être aucun automatisme pour le réembrayage, il est nécessaire que, dans certaines circonstances, le débrayage ayant été provoqué intentionnellement ou non, le réembrayage n'exige aucune intervention et - soit aussi discret que possible. Cela peut être utile en particulier lors de la détermination pratique des valeurs des serrages correspondant aux diverses évolutions de l'avion simulé et lors de la détermination du serrage limite de sécurité au débrayage. Un technicien de mise au point commande le fonctionnement des servovérins de harnais et de siège au moyen d'un pupitre de contrôle relié au calculateur. Un pilote ayant une parfaite connaissance du pilotage de l'avion simulé, est assis sur le siège en étant maintenu par le harnais. I1 indique au technicien si les valeurs des serrages ressentis sont réalistes. En particulier, la valeur du serrage maximum au débrayage doit pouvoir être vérifiée plusieurs fois sans que les réembrayages à effectuer de manière répétée, s'avèrent fastidieux. Durant certaines évolutions simulées, il est possible encore que le pilote en cours d'entraînement soit amené involontairement ou non, à effectuer un mouvement intempestif qui provoque le débrayage des poulies.Ce débrayage, effectif mais non réaliste des poulies, sans la présence d'un moyen automatique d'embrayage provoquerait une interruption fâcheuse de l'exercice. Le dispositif selon l'invention constitue, il est vrai, un élément étranger dans l'environnement du pilote et doit être caché par des panneaux non représentés sur la figure 1. Le démontage en cours d'exercice pour effectuer le réembrayage des poulies est inacceptable. Le dispositif 121 selon l'invention est fixé au G-siège par une première extrémité filetée 427 d'un arbre 419 autour duquel tournent les poulies 402 et 435 (figure 4). La deuxième poulie 435 est montée sur l'arbre 419 par l'intermédiaire d'un roulement à billes 429 en butée contre l'épaulement 425 de l'arbre 419. La première poulie 402, en plus de son mouvement de rotation, peut effectuer sur l'arbre un déplacement axial par rapport à la deuxième poulie 435. Elle est montée par l'intermédiaire d'un roulement à billes 409 luimême monté en butée sur un fourreau 411 coulissant sur l'arbre 419. Les deux poulies, entre lesquelles sont intercalées trois billes 400, sont maintenues entre l'épaulement 425 et un ensemble de coupelles métalliques élastiques 417 comprimées en fonction de la position d'une bague 415 et d'un écrou 412 vissé sur la seconde extrémité 413 de l'arbre 419. La première partie 119 de câble (figure 1) s'enroule partiellement dans la gorge 300 (figure 3) de la première poulie 402 et est fixée à celle-ci par exemple par une masselotte (non représentée) en bout de ce câble et logée dans l'échancrure 305. De même la deuxième partie de câble 110 est enroulée dans la gorge 200 (figure 2) de la deuxième poulie 435 et son extrémité est fixée à la partie 21 par exemple par une masselotte (non représenée) logée dans l'échancrure 215. Les poulies 402 et 435 présentent chacune une face qui comprend une partie plane (310, 213 respectivement) traitée convenablement, annulaire et perpendiculaire à l'axe de rotation. Elles sont montées sur l'arbre 419 de manière que les parties planes ainsi définies soient en regard l'une de l'autre. Chaque partie- plane annulaire 310, 213 présente trois fraisages 319, 203 respectivement, régulièrement espacés à 1200 sur un cercle de diamètre inférieur d'environ 5 à îOmm au diamètre extérieur de ladite partie plane annulaire, ce cercle étant centré par rapport à l'axe de la poulie correspondante. Lorsque les deux poulies 402, 435 sont montées sur l'arbre 419 sous la pression des coupelles 417 et convenablement orientées angulairement l'une par rapport à l'autre, les fraisages 319, 203, groupés deux à deux, des deux poulies forment trois logements pour les trois billes 400. Lorsque les trois billes sont effectivement dans leurs logements, les poulies sont embrayées et la puissance de traction du servovérin est transmise à la sangle de cuisse correspondante. Les billes créent cependant des réactions axiales qui sont fonction de la force transmise et qui sont appliquées, entre autres, à la première poulie 402 en opposition à la force de compression des coupelles 417. Au-delà d'une valeur maximum de la force transmise, les réactions sont supérieures à la force des coupelles. Elles provoquent l'écartement et le débrayage des poulies en chassant les billes de leurs logements. Pour que les billes roulent entre les poulies pendant le débrayage sans être expulsées de celles-ci et pour que chacune d'elles, à l'embrayage ne revienne que dans le logement qui lui est propre, en déterminant ainsi une position relative d'embrayage unique pour les poulies, ces dernières sont munies de guides de roulement identiques (un guide référencé 501 a été représenté sur les figures 5 et 6) et représentés montés en coupe, et respectivement référencés 404 et 433 sur la figure 4. Un guide de roulement 501 est constitué par une pièce plane, découpée dans de la tôle ou taillée dans de la barre ronde, de dimensions sensiblement égales aux parties annulaires 213, 310 des poulies. Cette pièce doit être traitée afin de présenter une dureté convenable. Dans le guide 501 sont découpées des ouvertures 500, 505, 515 en arc de cercle d'angle au centre A supérieur à 1600 et la largeur de ces ouvertures est en rapport avec le diamètre des billes. Ces ouvertures constituent des voies de roulement pour les billes. Les voies de roulement se déduisent successivement en position par une rotation de 1200 autour du centre C1, du guide. Chaque voie possède une extrémité située vers l'extérieur du guide et l'autre extrémité située vers l'intérieur du guide et à côté de l'extrémité "extérieure" de la voie suivante.Les extrémités des voies sont formées d'usinage par des demicercles. Les guides sont fixés chacun sur les poulies par trois vis telles que les vis 421, 422 seules visibles sur la figure 4, ces trois vis passant respectivement dans les perçages 510, 512 et 520 et se vissant dans les trois perçages filetés de chaque poulie tels que les perçages filetés 308 (pour la poulie 402) et 218 (pour la poulie 435) seuls représentés sur le dessin. Lorsque les guides 404 et 433 sont fixés sur les poulies 402 et 435, les centres des demi-cercles des extrémités extérieures des ouvertures 500, 505, 515 sont situés sur les axes des logements 203 et 319 des poulies 435 et 402. Une distance D sépare le centre C1 du guide 501, du centre C3 du demi-cercle de chaque extrémité extérieure (figure 5). Le rayon médian R d'une voie de roulement est inférieur à la distance D et le centre C2 de l'arc de cercle de chaque voie est situé sur le segment de droite C3 Cl et à une distance d de Cl de telle façon que les deux voies successives soient partiellement côte à côte sur le guide. La deuxième poulie 435 présente un lamage circulaire annulaire 210 dégageant un épaulement circulaire central 207. Dans ce lamage 210 est placé un boîtier 423 de révolution dont le fond présente une ouverture circulaire centrée sur l'épaulement 207. Le fond présente de plus des perçages qui permettent la fixation du boîtier à la deuxième poulie au moyen de trois vis 431. La première poulie 402 présente une partie tubulaire centrale 315 entourée par un lamage circulaire 313. Les poulies étant montées, la partie tubulaire 315 pénètre dans le boîtier 423. Dans l'espace compris entre le bord circulaire du boîtier 423 et la partie tubulaire 315 est logé un ressort spiral 407. L'extrémité périphérique de celui-ci est fixée au bord du boîtier par plusieurs rivets 406 tandis que son extrémité centrale (non représentée) est recourbée et pénètre dans une fente longitudinale 317 de la partie tubulaire 315. ies deux guides de roulement sont montés de manière identique sur les deux poulies. Ils peuvent être montés cependant chacun de deux manières symétriques suivant laquelle de leurs deux faces est mise en contact de la poulie. Ces deux montages déterminent au débrayage des sens de rotation inverses pour les poulies. Ainsi, pour munir un G-siège tel que celui représenté en figure 1 de deux dispositifs limiteurs disposés symétriquement par rapport au pilote, on monte à la droite du pilote un dispositif à débrayage dans le sens des aiguilles d'une montre, et à sa gauche un dispositif à débrayage en sens inverse. La variante d'exécution plus économique se caractérise en ce que les voies de roulement ne sont pas déterminées par des guides amovibles mais sont usinés directement dans les deux poulies. Sur la figure 7, on a seulement représenté la deuxième poulie 700 dans la face plane annulaire 705 de laquelle on a usiné les voies de roulement 701, 702 et 703. On usine dans la face plane annulaire correspondante de la première poulie des voies de roulement identiques. On remarquera que les extrémités "extérieures" des voies de roulement comportent un fraisage pour le logement de la bille. Cette variante impose cependant pour un montage de type évoqué cidessus en référence à la figure 1 deux types de poulies à voies de roulement symétriques. Selon une autre variante, on usine des voies de roulement dans une seule des poulies, mais il faut usiner dans l'autre poulie des fraisages (319 ou 203 selon la poulie) pour le logement des billes afin de solidariser en rotation les deux poulies à l'embrayage, ce qui est également valable dans le cas où l'on ne rapporte un guide de roulement que sur l'une des deux poulies. Lorsque les poulies doivent tourner en sens inverse, le ressort doit être évidemment monté de façon symétrique. Il va de soi que le dispositif décrit, prévu pour une traction par câble et présentant par conséquent des gorges, pourrait aussi bien être pourvu de couronnes dentées pour une traction par chaîne ou par courroie crantée sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif limiteur de couple comportant un embrayage à deux organes (402, 435) pouvant se déplacer angulairement et axialement l'un par rapport à l'autre, et comportant un dispositif de ressort (417) sollicitant axialement ces deux organes l'un vers l'autre et les maintenant embrayés par l'intermédiaire de billes tant que le couple transmis est inférieur à un seuil déterminé par ledit dispositif à ressort, caractérisé par le fait que l'un au moins des deux organes comporte un guide de roulement (501) à voies de roulement (500, 505, 515) pour billes (400), ces voies, de longueur finie, se déduisant l'une de l'autre par rotation autour de j'axe de l'embrayage, l'une des extrémités de chaque voie étant disposée en confidence avec un logement de bille (319, 203) pratiqué dans chaque organe, et par le fait qu'un ressort, fixé par ses extrémités (406, 317) à ces deux organes, agit angulairement de façon à faire tourner en sens opposés les deux organes. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les voies de roulement sont disposées selon une même circonférence. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque voie a une distance par rapport à l'axe de l'embrayage constamment décroissante de l'une de ses extrémités vers l'autre, I'extrémité la plus éloignée de l'axe étant disposée en comcidence avec un logement de bille (319, 203) pratiqué dans chaque organe. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les deux organes sont des poulies (402, 435) à chacune de laquelle est fixé un câble de traction (119, 110). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les voies de roulement sont pratiquées dans des guides de roulement (501) rapportés sur l'une au moins des faces en regard des deux dits organes. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les voies de roulement sont pratiquées dans au moins l'une des faces en regard des deux dits organes.