Brevet FR2561323A1 — publié le 19850920

"Mécanisme de blocage par friction à masselottes et excentriques". L'invention concerne les mécanismes de blocage par friction, notamment pour le verrouillage en rotation et en translation de tubes coaxiaux l'un par rapport à l'autre. De tels dispositifs sont effet de grand intérêt lorsqu'on désire immobiliser deux tubes coaxiaux coulissant l'un dans l'autre dans une position relative donnée, de manière rigide mais non définitive. A titre d'exemple,de tels dispositifs de blocage sont nécessaires dans le cas de tiges télescopiques formées d'éléments tubulaires de diamètres décroissants coulissant les uns dans les autres. Il convient en effet, lorsque la tige télescopique a la longueur ou la hauteur souhaitée, de verrouiller chacun des tubes par rapport aux autres de manière à conserver la longueur ou la hauteur obtenue. On connait les dispositif s de blocage formés d'un écrou molleté visse sur l'extrémité filetée et fendue d'un des deux tubes à assembler, les différents éléments de l'extrémité fi letée étant rendus élastiques par la réalisation des fentes, et venant s'appliquer sur la paroi externe de l'autre tube à la manièce de pinces lors du vissage de l'écrou. On connait également dautres dispositifs à base de colliers, de goupilles, etc... Ces dispositifs comportent l'inconvénient de pré- senter le plus souvent des pièces saillantes par rapport à la surface des tubes. Dans le cas où ils sont montés sur des tubes télescopiques comportant une graduation externe permettant une lecture directe de la longueur ou d la hauteur de la fiche téles- copique pour chacune de ces positions, es dispositifs sont inemployables. De plus, leur manipulation est malaisée, et ne permet par le plus souvent de garantir la position relative des tubes, qu il faudrait pour bien faire maintenir rigidement en place pendant toute l'opération. Le dispositif selon l'invention remédie à ces inconvénients en présentant un système de blocage"noyé" à l'inté xieur des tubes, et de ce fait inaccessible et invisible pour l'utilisateur. La manipulation en est rendue très simple puisqu'il suffit d'imprimer un mouvement de rotation raisonnablement brusque à l'un des tubes, dans un sens ou dans l'autre, pour en assurer la solidarisation avec l'autre tube. Un mouvement identique en sens inverse permet de les désolidariser. Ce résultat est obtenu grâce à la rotation excentrée d'une masselotte par rapport à un embout fixé à l'un des tubes. La rotation de la masselotte par rapport à l'embout obtenue par le jeu de son inertie, interviendra en effet d'autant plus sensiblement que l'accélération du mouvement de rotation de l'embout transmis par le tube actionné sera plus forte, et engendrera une force supérieure aux forces de frottement. Le mécanisme de blocage selon l'invention se caractérise donc en ce que, afin de lier ente eux deux éléments tubulaires assemblés en alignement: il est constitué d'au moins un embout fixé par tout moyen à un premier des deux éléments tubulaires assemblés, et d'au moins une masselotte de verrouillage logée à l'intérieur du second élément assemblé et en rotation libre par rapport à l'embout, l'axe de cette rotation étant excentré au moins par rapport à l'axe de symétrie de la masselotte, ladite masselotte étant en outre pourvue de moyens de retenue axiale par rapport à l'embout, et pouvant prendre au moins deux positions angulaires par rapport à ce même embout. - une première position correspondant au déverrouillage des éléments tubulaires dans laquelle le profil radial périphérique de la masselotte est inscrit dans le profil radial périphérique de l'embout - une seconde position correspondant à la position de verrouillage des deux éléments tubulaires dans laquelle le profil radial périphérique de la masselotte est saillant par rapport au profil radial périphérique de l'embout. On conçoit donc que le m4t-anisme de blocage selon l'invention présente des avantages déterminant par rapport à l'état de la technique . Ainsi, dans le cas de deux tubes a immo biliser l'un par rapport à l'autre, 11 ajustement préalable du positionnement des tubes s'effectue par l'opérateur qu@@@@@ient dans chaque main chacun des deux @@@es@@ l'opéra@@@@@@ @@@ @@@@@@@ar sation sera s@@@@@ @@@@@@utili@@@@ lacher l'un des tubes pour manipuler le dispositif de blocage, su sans qu'il demande l'intervention d'une troisième main. L'invention apporte donc les qualités de simplicité, de précision ajoutées à l'avantage d'un encombrement minimal. Il faut d'autre part, noter que l'invention consiste effectivement en le principe évoqué ci-dessus d'une masselotte à inertie en rotation excentrée par rapport à un embout, mais que sa mise au point a également demandé d'impotants efforts de recherche. Le mécanisme selon l'invention ne peut en effet fonctionner de manière satisfaisante que lorsque sont respectées certaines contraintes de dimensions relatives entre les différents éléments. L'excentrage entre l'axe de rotation de la masselotte et son axe de symétrie doit se situer dans une fourchette précise. Les lignes de serrage diamétralement opposées du mécanisme sur les parois internes des éléments tubulaires doivent respecter des rapports de dimensions entre elles. Le matériau choisi pour la réalisation du mécanisme, et particulib- rement pour la réalisation de la masselotte rotative, détermine également l'importance des forces d'inertie s'exerçant sur la masselotte, directement liées à ses dimensions et sa masse volumique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante et des dessins annexés dans lesquels - la fig.1 représente une vue éclatée d'un premier mode de réalisation du mécanisme de blocage selon l'invention - les fig.2 et 3 représentent une vue latérale du mécanisme de la fig.1 dans les deux positions de déverrouil- lage et de verrouillage respectivement - la fig.4 représente une vue éclatée d'un second mode de réalisation préférentiel du mécanisme de blocage selon l'invention - la fig.5 représente une vue latérale de l'embout du mécanisme selon l'invention, identique pour les deux modes de réalisation présentés - la fig.6 représente une vue en coupe du second mode de réalisation du mécanisme de blocage faisant apparaitre les deux positions de la masselotte correspondant au verrouillage et au déverrouillage de deux tubes. Le mode de réalisation du mécanisme de blocage à friction représenté en fig.1 se compose d'un embout 10, d'une masselotte 11 et d'une vis à tête creuse à six pans 12. L'embout 10 présente une extrémité filetée 13, un épaulement 14, et un taraudage intérieur 15. La partie filetée 13 est séparée dans sa partie terminale en quatre éléments 71, 72,73,74 (fig.5) au moyen de deux fentes en croix 75,76. L'orifice taraudé 15 pratiqué dans l'embout à partir de l'épaulement 14 puis au niveau de la partie filetée 13, se prolonae à l'intérieur de cette mEme partie filetée 13 par un simple alésage non taraudé. Lorsque la vis 12 est vissée dans les filets de l'orifice 15, son extrémité lisse 16, qui est de diamètre supérieur à l'alésage précité, vient écarter par force les segments 71, 72, 73,74, les uns des autres pour assurer un blocage de l'embout 10 dans l'élément tubulaire dans lequel il est vissé. Il est clair que la partie filetée 13 du noyau 10 peut être tout aussi bien divisée en un nombre de segments différent de quatre pour assurer la même fonction. Le mode de liaison de l'embout 10 à l'élément à assembler (non représenté) peut être tout à fait réalisé selon un principe différent du vissageblocage (goupille....). L'épaulement 14 est doté d'une fente 18 diamétrale sur sa face extérieure afin de permettre l'utilisation d'un tournevis pour réaliser le vissage de l'embout 10 dans l'élément jubilaire Ti. La masselotte i1 est une bague dont l'alésage in térieur 17 est excentré par rapport à son profil extérieur. L'assemblage des trois pièces formant le mécanisme de blocage s' effec- tue en alignant la masselotte 17 et l'embout 10 et en passant la vis 12 à travers l'alésage 17 de la masselotte 11 et le vissant dans le taraudage 15 de l'embout 10. La longueur du prolongement lisse du taraudage 15 est ainsi réalisée que le serrage de la vis 12 entraine l'écartement des segments 71,72,73,74 avant que la tête de ladite vis 1.2, noyée dans la masselotte 11 n'applique ladite masselotte contre i'épaulement 14 de l'embout 10.Il subsiste donc un jeu axial de fonctionnement entre les trois pièces qui autorise la rotation libre de la masselotte 11. On note donc que le boulon 12 sert à la fois de moyen de blocage de l'embout 10 dans son élément tubulaire, d'axe de rotation de la masselotte 11 et de moyen de retenue de la masselotte 11 par rapport à 1'embout 10. De manière préférentielle, le décalage maximal que peut présenter l'axe de rotation de la masselotte et son axe de symétrie est de 2,596 de la valeur du rayon intérieur de l'élément tubulaire dans lequel elle est logée. Ce décalage peut être obtenu par le simple excentrage du perçage 17 de la masselotte 11 par rapport à son profil extérieur Il peut être également obtenu en excentrant de la même manière le taraudage 15 de l'embout 10 Par rapport au profil extérieur de l'épaulement 14 : dans le cas où les deux excentrages sont identiques, les profils extérieurs de la masselotte et de l'épaulement 14 viendront alternativement en coïncidence parfaite puis en décalage lors de la rotation de la masselotte. La fig.2 montre la masselotte 11 montée sur l'embout 10 au moyen de la vis 12, lorsque les profils de ces deux pièces (10,11) coincident. Dans ce cas, il ia subsiste un jeu entre la masselotte et le tube Ts dans lequel elle est logée. Lorsque le tube Ti auquel est fixé 1'embout 10 par l'intermédiaire de sa partie filetée 13 bloquée au moyen de la vis 12, est entraine en rotation, l'embout 10 subit aussi bien ce mouvement. L'iner- tie de la masselotte 11, en revanche, l'amène à se décaler selon son profil extérieur par rapport au profil extérieur de l'épaulement 14 (fig.3). A ce moment, la masselotte vient riper contre la paroi intérieure du tube Ts, qui à son tour accuse le décalage de la masselotte 11 avec l'épaulement 14, jusqu'à bloquer la rotation autour du boulon 12. Le débloquage s'effectue par un mouvement brusque inverse qui ramène les deux profils des pièces 11,14 en coïnci- dence. La fig.4 représente un second mode de réalisation du mécanisme de blocage selon l'invention. L'embout 10 est ici prolongé par une portée intermédiaire 41 cylindrique dont l'axe de révolution est axiale par l'axe de symétrie de l'embout 10. De manière préférentielle, ces deux pièces sont réalisées dans une même ébauche. L'embout 10 se termine enfin par une partie terminale filetée 42 coaxiale au filetage opposé 13. Selon un mode de réalisation, la masselotte 11 présente un alésage 43 dont le diamètre correspond au diamètre de la partie intermédiaire 41, ledit alésage 43 étant excentré par rapport au profil extérieur de la masselotte 11. Le mécanisme de blocage présente enfin une pièce supplémentaire par rapport au mode de réalisation présenté en fig.1. Un écrou 44 vient en effet se visser sur la partie terminale filetée 42, et présente un profil extérieur en parfait alignement avec le profil extérieur de l'épaulement 14. En outre, le blocage de cet écrou 44 sur la partie filetée 42 est réalisé au moyen d'une goupille 45. Le montage du mécanisme de blocage selon ce second mode de réalisation, suppose que l'on enfile la masselotte 11 sur la portée 41 de l'embout 1D, puis que l'on visse l'écrou 44 sur la partie terminale 42, l'écrou 44 jouant le rôle de moyen de retenue de la masselotte 11 sur l'embout 10. La longueur de la masselotte 11 est inférieure à la longueur de la portée 41 de manière à ménager un jeu fonctionnel entre les différentes pièces composant le mécanisme de blocage, et à autoriser la rotation libre de la masselotte 11 par rapport à l'embout 10. La vis 12 est engagée à travers un alésage 46 percé à partir de la partie terminale filetée 42 et présentant un taraudage sur une partie de sa longueur, puis un prolongement lisse sous la partie filetée 13. Cette conception permet de commander l'écartement des segments 71,72,73,74 de la partie filetée 13 par serrage de la vis 12 selon le même principe que celui indiqué pour la fig.1. Le mécanisme de blocage représenté en fig.4 présente l'avantage de garantir un centrage coaxial des deux tubes Ti, Ts coulissant,lorsqu'ils sont immobilisés l'un par rapport à l'autre. En effet, si le tube de diamètre inférieur Ti,et lié rigidement à l'embout 10 est entraine en rotation de manière brusque, la masselotte 11 se décale par rapport à l'épaulement 14 (fig.3) à l'intérieur 9u tube de diamètre supérieur Ts. Dans le cas du mode de réalisation de la fig.1, ce ripage peut entrainer l'apparition d'un léger angle entre les axes des deux tubes immobilisés par le fait que la masselotte 11 repousse le tube Ts du c8té de son épaisseur la plus grande.Cet effet négatif est contré en fig.4 par l'écrou 44 dont la face opposée à la paroi de plus grande épaisseur de la masselotte 11 maintient le tube de diamètre supérieur en place. Cet avantage apparait encore plus nettement en fig.6. Le mécanisme de blocage, dans son mode de réalisation représenté en fig.4, y figure monté entre les deux tubes Ti et Ts coulissant l'un dans l'autre. La masselotte 11 est représentée dans les deux positions correspondant au verrouillage (trait plein) et au déverrouillage (trait mixte). Lors du verrouillage, l'axe de rotation Ar de la masselotte, (qui est en outre l'axe de symétrie de la portée 41 excentrée) est décalé d'une valeur "d" de l'axe de symétrie As de cette même masselotte, Le profil saillant 30 de la masselotte 11 vient riper contre la paroi interne du tube Ts alors que le profil diamétral 31 vient en retrait par rapport à l'épaulement 14 et à l'écrou 44.Lorsque le décalage entre la masselotte 11 et l'épaulement 14 est suffisant, il se produit un serrage linéaire, d'une part entre la masselotte 11 et la face interne de l'élément tubulaire Ts du c8te de la partie saillante 30, et un second serrage linéaire diamétralement opposé entre respectivement l'épaulement 14 et l'écrou 44 avec la paroi interne du même élément tubulaire Ts. On a donc un système de trois lignes d'appui en triangle qui permettent le centrage coaxial des tubes Ti et Ts. De manière préférentielle, le serrage obtenu est satisfaisant lorsque la longueur axiale C de la masselotte 11 est supérieure ou égale à la somme des longueurs axiales A, B de l'épaulement 14 et due l'écrou 44 respectivement. On notera que le perçage pratiqué dans la masse lotte 11 présente un chambrage médian 19 définissant deux épaulements annulaires latéraux 20, 21, dirigés radialement vers la portée cylindrique 41 de 1'embout 10. Ces épaulements 20,21 jouent le r61e de collerettes de dégagement d'usure : leur dimension doit permettre de limiter les surfaces de frottement de la masselotte sur la portée tout en réduisant les effets d'usure. La position de la masselotte Il correspondant au déverrouillage des deux tubes Ti, Ts est représentée en trait mixte. Le profil de la masselotte Il est alors en coincidence avec le profil de l'épaulement 14. Le jeu dégagé entre la masselotte 71 et la paroi interne du tube Ts autorise le coulissement libre des deux tubes l'un par rapport à l'autre. Selon un mode de réalisation particulier, le diamètre de l'épaulement 14 et de l'écrou 44 est égal à 31,7 mm. Le diamètre de la portée 41 est de 20 mm et le décalage entre l'axe de rotation de la masselotte et son axe de symétrie est de 0,8 mm. Ce décalage peut être compris dans une fourchette de 2,5 à 3,75% de la valeur du rayon du tube Ts (16 mm). En effet, au-delà de 1,2 mm, le décalage trop fort entre les deux axes As et Ar provoque un serrage trop rapide qui se débloque beaucoup trop aisément. Selon ce même mode de réalisation, la longueur C de la portée 41 (30 mm) est égale à la somme de la longueur A (10 mm) de l'épaulement et la longueur B (20 mm) de l'écrou 44. De manière préférentielle, la contrainte C > ,A+B doit être couplée avec la condition supplémentaire que le volume de la masselotte 11 ( qui est fonction du diamètre du per çage 17) ne doit- pas être inférieur au tiers du volume cumulé de l'épaulement 14 et de l'écrou 44. Le respect conjoint de ces deux relations permet d'obtenir un effet efficace de l'inertie de la masselotte, et donc un fonctionnement satisfaisant du mécanisme de blocage. De manière préférentielle, ce mécanisme est réalisé dans un même matériau de manière à éviter les risques de corrosion électrolytique . Le laiton constitue un matériau dont la masse volumique et l'élasticité répondent de manière adéquate aux exigences du mécanisme selon l'invention. Seule la vis de blocage 12 est réalisée dans un matériau différent, préférentiellement un acier inoxydable. Ce mécanisme de blocage présente donc de nombreux avantages par rapport à l'état de la technique, et l'on peut noter que le second mode de réalisation pallie soigneusement les risques de désaxage des deux tubes l'un par rapport à l'autre. Il joue donc aussi bien un rôle de blocage que de guidage. Néanmoins, on note que si les axes centraux des deux tubes assemblés sont parallèles (fig.6) lorsque le mecanisme est en position de verrouillage, il subsiste un léger décalage entre eux (qui est lié an jeu de coulissement des deux tubes). On peut remédier à cet écart d'alignement, qui peut se rvéler être un inconvénient dans certaines applications en excentrant aans--la valeur adéquate 1' épaulement 14 de l'embout 10 par rapport à son extrémité filetée 13 o aux déformations dues à l'usure près, on obtient ainsi un parfait alignement des axes des tubes Ti, Ts. Il est à noter que l'invention ainsi présentée peut comporter de nombreux autres modes de réalisation qui apparaitront à l'examen du spécialiste. Il est de l'intention du demandeur de protéger dans les revendications jointes, l'ensem- ble de ces modes de réalisation ne sortant ni du cadre ni de 1' esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1 ) Mécanisme de blocage par friction, notamment pour le verrouillage en rotation et en translation d'éléments tubulaires télescopiques et co-axiaux (Ti,Ts), caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins un embout (10) fixé par tout moyen, à un premier élément tubulaire (Ti), et d'au moins une masselotte de verrouillage (11) logée à l'intérieur d'un second élément tubulaire (Ts) et en rotation libre par rapport à l'embout (10), l'axe de rotation de cette masselotte, étant excentré, au moins par rapport à son axe de symétrie, ladite masselotte (11) étant en outre pourvue de moyens de retenue axiale par rapport à l'embout (10) et pouvant prendre au moins deux positions angulaires par rapport à ce même embout (10) une première position correspondant au déverrouil- lage des éléments tubulaires (Ti,Ts), dans laquelle le profil radial périphérique de la masselotte (11) est inscrit dans le profil radial périphérique de l'embout (10) - une seconde position correspondant au verrouillage des éléments tubulaires (Ti,Ts), dans laquelle le profil radial périphérique de la masselotte (11) est saillant par rapport au profil radial périphérique de l'embout (1 0). 20) Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'embout (10) est fendu axialement sur une partie de sa longueur pour définir des segments (71,72,73,74) déformables radialement, et présente un perçage intérieur (15), partiellement taraudé, recevant une tige de blocage (12) dont le vissage en force provoque l'écartement radial desdits segments (71,72, 73,74). 30) Mécanisme selon la revendication 2, caractérisé en ce que les fentes axiales (75,76) pratiquées dans l'embout (10) sont réalises de manière cruciforme. 40) Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 ,2 ou 3, caractérisé en ce que la masselotte (11) est une bague cylindrique dont le perçage intérieur (17) est excentré par rapport à son profil extérieur. 50) Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le décalage maximal entre 1'axe de rotation et l'axe de symétrie de la masselotte (11) est de préférence de 2,5%, et en tout cas inférieur à 3,75% de la valeur du rayon intérieur de l'élément tubulaire (Ts) dans lequel elle est logée. 60) Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'embout (10) se prolonge par une portée cylindrique (41) dont 11 axe de révolution est décalé par rapport à l'axe de symétrie de l'embout (10), ledit axe de révolution de la portée (41) correspondant à l'axe du perçage (17) de la masselotte. 70) Mécanisme selon la revendication 4 et la revendication 6, caractérisé en ce que le perçage (17) de la masselotte (11) comprend un chambrage (19) médian définissant deux épaulements annulaires (20,21) dirigés radialement vers la por- tée cylindrique de l'embout (10). 80) Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les moyens de retenue axiale de la masselotte (11) sur la partie cylindrique (41) comprennent une partie terminale filetée (42) dans le prolongement de la portée (41) et coaxiale à l'embout (10), ladite partie fi letée (42) recevant une bague auxiliaire taraudée (44) verrouil- lable par goupille (45). 90) Mécanisme selon le mode de réalisation de la revendication 8, caractérisé en ce que, lors de la position de verrouillage du mécanisme, le serrage linéaire obtenu entre la masselotte (11) et la paroi interne de l'élément tubulaire (Ts) dans laquelle elle est logée, entraine par contre-réaction un serrage linéaire diamétralement opposé à la fois entre un épau- lement (14) de l'embout (10) et la bague auxiliaire filetée (44) contre la paroi interne de l'élément tubulaire (Ts). 100) Mécanisme selon la revendication 9, caractérisé en ce que la longueur axiale (C) de la masselotte (11) est égale ou supérieure à la somme des longueurs axiales (A,B) de l'épaulement (14) de l'embout (10) et de la bague auxiliaire (44) respectivement, et en ce que la masse et/ou le volume de la masselotte (11) est au moins supérieur au tiers du volume cumulé de l'épaulement 110) Mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la paroi externe de la masselotte (11) présente des moyens d'adhérence permettant d'augmenter son coefficient de friction. 120) Mécanisme selon l'une quelconque des revendications de 1 à 11, caractérisé en ce que chacune des pièces constituant le mécanisme selon l'invention est réalisée en laiton, à l'exception de la vis de blocage (12) réalisée en acier inoxydable.