Brevet FR2561616A1 — publié le 19850927

DISPOSITIF D'A NNEMENT ET ENSEMBLE D'ACTIONNEMENT COHPRENANT DEUXL DISPOSITIFS DE CE E La présente invention concerne un dispositif d'actionnement comportant un organe d'actionnement qui est mobile par rapport à un bottier, entre une première et une seconde position. Elle concerne également un ensemble d'actionnement comprenant deux dispositifs d'actionnement de ce type, ces dispositifs comportant chacun un organe d'actionnement constitué par une tige mobile dans sa direction longitudinale. L'invention concerne particulièrement, mais pas exclusivement, des dispositifs d'actionnement linéaire. Les dispositifs d'actionnement linéaire comportent une tige mobile qui entre et qui sort d'un bottier, en réponse à un signal de commande électrique ou autre, pour produire un déplacement linéaire d'un élément extérieur couplé à l'extrémité de la tige. Dans certaines applications qui exigent un degré élevé de fiabilité et de sécurité, notamment dans l'aviation, on accouple souvent deux dispositifs d'ac- tionnement pour former un ensemble capable de produire un déplacement similaire même si l'un des dispositifs est en panne ou fonctionne mal. Les deux dispositifs d'actionnement peuvent être assembles dos & dos par leurs bottiers et couples de telle manière que leurs tiges respec- tives se déplacent dans des sens opposes sous l'effet des signaux de commande. Ainsi, chaque dispositif contribue pour la moitié au dépla- cement total effectué par l'ensemble d'actionnement. Pour assurer que cet ensemble soit encore capable de fonctionner de manière satifaisante si l'un des dispositifs d'actionnement tombe en panne, il faut que la tige du dispositif tombé en panne soit verrouillée en position par rapport à son bottier, faute de quoi tout déplacement produit par celui des dispositifs qui fonctionne correctement pourrait simplement être annulé par un déplacement correspondant de la tige du dispositif en panne. Par conséquent, les dispositifs actuels d'actionnement sont réalisés de telle manière que la tige se trouve immédiatement verrrouillée en position en cas de panne, plus précisement dans la position qu'elle occupe au moment de la panne. Bien que ce type de dispositif d'actionnement permette une certaine marge de fonctionnement de l'ensemble d'actionnement si l'un des dispositifs est en panne, il présente un inconvénient important. Si l'un des deux dispositifs tombe en panne au moment o l'ensemble d'actionnement se trouve en position de déplacement maximum, par exemple avec les deux tiges sorties au maximum de leur boîtier respec- tif, l'une des tiges sera verrouillée dans cette position, de sorte que même si l'autre tige est ensuite rétractée complètement dans son boîtier, elle ne pourra ramener l'élément couplé au dispositif que Jusqu'à une position médiane. Comme la zone critique de la commande à exercer se trouve en général autour de la position médiane de l'élé- ment, on remarquera que cet ensemble d'actionnement, dans cette situa- tion de panne, ne pourra pas assurer une commande dans la marge vou- lue. -La présente invention a done pour but de fournir un dispositif d'actionnement et un ensemble d'actionnement permettant de remédier à cet inconvénient. Selon un premier aspect de la présente invention, celle-ci concerne un dispositif d'actionnement du genre mentionné plus haut, caractérisé en ce qu'il comporte un ressort agencé pour ramener l'organe d'actionnement, en cas de panne du dispositif, à une troisième position prédéterminée entre la première et la seconde, et un mécanisme de verrouillage qui verrouille l'organe d'actionnement dans ladite troisième position en cas de panne du dispositif. De préférence, ladite troisième position prédéterminée est sensiblement équidistante de la première et de la seconde position. L'organe d'actionnement est constitué de préférence par une tige mobile dans sa direction longitudinale. Le dispositif d'actionnement peut comporter deux bagues coulissant le long de ladite tige, deux organes d'arrêt solidaires de ladite tige et espacés l'un par rapport à l'autre, et deux organes d'arrêt solidaires du bottier, le déplacement desdites bagues étant limité par appui des bagues contre les organes d'arrêt, ledit ressort étant monté en appui contre les deux bagues, de façon à amener chacune d'elles en contact à la fois avec un organe d'arrêt solidaire du boîtier et un organe d'arrêt solidaire de la tige. Le dispositif d'actionnement peut comporter un moteur électrique couplé en rotation avec un mécanisme à vis qui déplace la tige longitudinalement. Selon une forme de réalisation préférée, le mécanisme de verrouillage comporte un ou plusieurs disques rotatifs couplés avec l'organe d'actionnement. Dans le cas o il y a plusieurs disques, ceux-ci sont agencés pour tourner à des vitesses différentes pendant le déplacement de l'organe d'actionnement. De préférence, chacun des disques rotatifs est pourvu d'une encoche sur son bord, et le mécanisme de verrouillage comporte une roulette pour chaque disque, qui est pressée contre le bord du disque, un bras de verrouillage qui peut être mis en prise avec la roulette pour la maintenir dans ladite encoche de manière à empêcher la rotation du disque, et un solénoide qui, quand il est excité, retient le bras de verrouillage dans une position o celui-ci n'est pas en prise avec la roulette. Le dispositif peut comporter au moins une plaque de freinage montée à proximité du disque rotatif de telle manière qu'un déplacement axial du disque amène celui-ci en contact avec la plaque de freinage, qui résiste ainsi à une rotation du disque. Selon un autre aspect de la présente invention, un ensemble d'actionnement comprenant deux dispositifs d'actionnement selon l'invention est caractérisé en ce que les deux dispositifs d'actionnement sont accouplés dos à dos de telle manière que leurs organes respectifs d'actionnement se déplacent dans des sens opposés, et en ce que chaque dispositif d'actionnement comporte un dispositif de verrouillage qui verrouille l'organe d'actionnement dans ladite troisième position prédéterminée, en cas de panne du dispositif respectif d'actionnement. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un dispositif linéaire d'actionnement et d'un ensemble d'actionnement comprenant deux dispositifs de ce type, décrits ci- dessous à titre d'exemple en référence aux dessins annexes, dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique de l'ensemble d'actionnement, La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de l'un des dispositifs d'actionnement, et Les figures 3A et 3B sont des vues en coupe transversale suivant la ligne III-III de la fig. 2, montrant deux positions différentes du dispositif d'actionnement. En référence à la fig. 1, l'ensemble d'actionnement comprend deux dispositifs d'actionnement 1 et 2 assemblés dos à dos et alignés axialement l'un par rapport à l'autre. Chacun de ces dispositifs comporte une tige 10 qui émerge d'un boîtier 11 et qui comporte un palier d'extrémité 12 couplé à un bras respectif 3, 4. L'ensemble est commandé par des signaux d'entrée délivrés sur des câbles 5 et 6 par des unités de commande 7 et 8, pour déplacer les tiges 10 dans des sens opposés entre leurs premières positions A, qui sont les positions d'extension maximum, et leurs secondes positions B, qui sont les positions de retrait maximum (toutes ces positions sont dessinées en traits mixtes), de façon à produire un déplacement total par l'addi- tion des déplacements des deux tiges 10. Cet ensemble d'actionnement peut être connecté par exemple entre un levier de commande destiné au pilote et une surface de commande ou une vanne hydraulique. Dans une telle application, l'ensemble d'actionnement est utilisé pour appliquer une correction ou une compensation au déplacement exercé par le pilote sur le levier de commande. En référence aux fig. 2 et 3, qui montrent plus en détail le dispositif d'actionnement 1, le boîtier 11 renferme un moteur à courant continu 20 du type sans balais, monté dans la partie arrière du dispositif sur une plaque de butée 21 qui s'étend à travers le boîtier. Le moteur 20 est muni d'un pignon denté 22 qui s'engrène sur un engrenage de réduction 23 monté sur un arbre 24. L'engrenage de réduction renferme un accouplement à glissement dont le fonctionnement sera décrit plus loin plus en détail. A son extrémité arrière 25, l'arbre 24 est monté dans un palier 26 sur un flasque arrière 27 du bottier. L'extrémité avant 28 de l'arbre 24 est aussi supportée par un palier 29 d'un petit disque de verrouillage 30 en forme de came circulaire. L'arbre 24 est aussi muni d'un petit pignon 31 qui s'engrène sur un pignon d'entraînement 40. Le pignon d'entraînement 40 est monté sur un arbre d'entraînement 41 qui est parallèle à l'arbre 24 de l'engrenage de réduction. A son extrémité arrière 42, l'arbre d'entraînement 41 est supporté par des paliers de butée 50 montés dans la plaque de butée 21 du boîtier. La face arrière des paliers de butée 50 est appuyée contre le bord intérieur d'un ressort de freinage 51 en forme de rondelle conique. Le bord extérieur de ce ressort 51 est appuyé contre un élément annulaire 52 qui est porté par la plaque de butée 21 au moyen de trois boulons 53. Chacun des boulons 53 passe dans un alésage lisse 54 ménagé & travers la plaque de butée 21 et, dans une certaine marge, il peut se déplacer librement dans cet alésage. Les extrémités avant des boulons 53 émergent de la face avant de la plaque de butée 21 et elles sont vissées dans un second élément annulaire 55 qui est disposé autour des paliers de butée 50 et qui recouvre leur bord antérieur. A l'avant du pignon d'entraînement 40, l'arbre d'entraînement 41 est muni d'un grand disque de verrouillage 60 en forme de came circulaire, monté coaxialement sur l'arbre d'entraînement. Le diamètre et la position du grand disque 60 sont tels que son bord supérieur est aligné avec le bord supérieur du petit disque 30. Chacun des disques 30 et 60 comporte une encoche de verrrouillage respective 32 et 62 ménagée sur son bord, comme le montrent mieux les fig. 3A et 3B. Le rapport de transmission entre les pignons 31 et 40 est déterminé de telle manière que le petit disque 30 effectue quatre tours et. demi pour chaque tour du grand disque 60. Un mécanisme de verrouillage 70 est monté dans le boîtier 11 au-dessus des deux disques de verrouillage 30 et 60. Le mécanisme de verrouillage comprend un bras latéral 71, qui est disposé tangentiellement aux disques 30 et 60, qui est articulé à une extrémité 72 et qui porte deux roulettes de verrouillage 73 et 74 à son autre extrémité. Le bras 71 est poussé vers le bas, c'est-à-dire contre les disques, par un ressort hélicoïdal de compression 75 dont l'extrémité inférieure est appuyée contre le bras 71 au-dessus des roulettes. L'extrémité supérieure du ressort 75 est appuyée contre un bras horizontal 76 d'un élément 7? en forme de L monté de manière à pivoter autour de son angle 78. Le ressort 75 est précomprimé de manière A solliciter l'élément en L dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, selon les fig. 3A et 3B. L'autre bras de l'élément en L est un bras de verrouillage 79 qui est orienté vers le bas et qui normalement est maintenu dans une position verticale, comme le montre la fig. 3A, par l'action d'un solénoïde 80. Quand le solénoïde 80 n'est pas excité, le ressort 75 a pour effet de presser l'extrémité inférieure du bras de verrouillage 79 contre l'extrémité du bras latéral 71. Les encoches 32 et 62 des disques 30 et 60 sont en forme de V avec un fond plat. L'encoche 62 est légèrement plus large que l'autre encoche 32, dont la taille est déterminée de façon que la roulette 73 ne touche que les côtes inclinés de l'encoche 32 quand elle y est engagée. Ceci assure un positionnement positif et précis. Le grand disque 60 est disposé entre une plaque antérieure de freinage 91 et une plaque postérieure de freinage 92, de forme annulaire. En fonctionnement normal, le grand disque 60 se trouve à une certaine distance des faces respectives des deux plaques de freinage 91 et 92. L'extrémité arrière de l'arbre d'entraînement 41 comporte une partie filetée 100 qui est couplée à la tige 10 au moyen d'un mécanisme à vis 101 à faible friction. Le mécanisme à vis 101 est raccordé à la partie arrière de la tige 10, de sorte qu'une rotation de l'arbre d'entraînement 41 provoque un déplacement linéaire du mécanisme à vis et donc de la tige. La partie filetée 100 et le mécanisme à vis 101 comportent respectivement à leurs deux extrémités des arrêts 102 et 103 qui empêchent un coincement aux extrémités de la course de la tige 10. La tige d'actionnement 10 sort de l'extrémité avant du boîtier 11 à travers un Joint de support 110 et un élément flexible à soufflet 111 dont les extrémités sont fixées respectivement à la tige et au boîtier. Un ressort hélicoïdal 120 entoure la tige 10 à l'intérieur du boîtier 11, les extrémités de ce ressort étant en appui respectivement contre une bague avant 121 et une bague arrière 122. Les bagues 121 et 122 sont libres de coulisser le long d'une partie arrière 123 de la tige, la marge de déplacement des bagues le long de la tige étant limitée par des arrêts constitués par des épaulements respectifs 124 et 125 de la tige, et la marge de déplacement des bagues par rapport au boîtier étant limitée par des arrêts respectifs 126 et 127 fixes au boîtier. Le ressort 120 a alors pour effet de solliciter la tige 10 en direction de la position représentée sur la fig. 2, position équidistante des deux positions extrêmes A et B. La force de précontrainte du ressort 120 est plus grande que la force extérieure normale exercée par le dispositif d'actionnement. La tige 10 se déplacera donc avec le boîtier 11 quand on applique une charge normale sur l'ensemble d'actionnement. Sous des charges normales, l'ensemble d'actionnement fonctionne comme une liaison rigide entre les bras 3 et 4, un déplacement de l'un de ces bras provoquant un déplacement équivalent de l'autre bras, en supposant que le moteur 20 n'est pas actionné de manière à provoquer un déplacement de la tige par rapport au boîtier 11. La partie arrière de la tige 10 est couplée à deux transducteurs de déplacement linéaire 130 (dont un seul est représenté sur les dessins) disposés côte à côte et délivrant des signaux de sortie en principe identiques et représentatifs de la position de la tige le long de sa course longitudinale. Les transducteurs 130 sont des transducteurs linéaires à inductance diffeérentielle variable, quoiqu'on puisse aussi utiliser en variante d'autres types de transducteurs. Les signaux de sortie des transducteurs 130 sont transmis aux unités de commande 7 et 8 (fig. 1) par des câbles 131, 5 et 6. Un module électronique 140 monté dans le boîtier 11 commande l'alimentation du moteur 20 et du solénoïde 80 en concordance avec les signaux de commande d'entrée transmis sur les câbles 5 et 6. 6 1616 En fonctionnement normal, les signaux provenant des unités de commande 7 et 8 sont délivrés au module électronique 140 qui, à son tour, actionne le moteur 20 jusqu'à ce que la tige 10 ait atteint la position voulue, indiquée par les signaux de sortie des transducteurs 130. La rotation du pignon moteur 22 fait tourner l'arbre 24 par l'intermédiaire de l'engrenage de réduction 23. Ceci fait aussi tourner le petit disque de verrouillage 30, l'arbre d'entraînement 41 par le pignon d'entraînement 40, ainsi que le grand disque de verrouillage 60. Les roulettes 73 roulent sur le bord des disques 30 et 60 quand ceux-ci tournent et elles sont maintenues en dehors de l'une des encoches 32 ou 62 d'un disque par le bord de l'autre disque, dans la position illustrée sur la fig. 3A. Quand les deux encoches 32 et 62 sont alignées avec les deux roulettes 30 et 60, comme le montrent les fig. 2 et 3B, les roulettes peuvent s'abaisser librement avec le bras latéral 71 et s'engager dans les encoches. Ceci se produit uniquement tous les deux tours du grand disque 60, c'est-à- dire tous les neuf tours du petit disque 30. Les orientations des disques 30 et 60 sont choisies de manière que cet alignement ne se produise qu'au point médian du déplacement de la tige 10, les prochaines positions d'alignement se trouvant alors en dehors des positions extrêmes A et B de la tige 10. Quand le moteur 20 est excité, le solénoide 80 est également excité et il maintient le bras de verrouillage 79 à distance de l'extrémité du bras latéral 71. Les roulettes 73 et 74 sont donc libres de sortir des encoches 32 et 62 en roulant et elles permettent la suite de la rotation des disques 30 et 60. S'il se produit une panne dans l'un des dispositifs d'actionnement 1 ou 2 (par exemple par un mauvais fonctionnement du moteur 20, du module électronique 140 ou des unités de commande 7 ou 8), le moteur et le solénoïde 80 du dispositif en panne ne sont plus excités et le ressort 120 repousse la tige 10 vers sa troisième position, c'est- à-dire sa position médiane illustrée par la fig. 2. Quand la tige 10 atteint sa position médiane, les disques de verrouillage 30 et 60 se trouvent en position alignée,' comme dans la fig. 3B, de sorte que les roulettes 73 et 74 s'engagent respectivement dans les encoches 32 et 62. L'action du ressort 75 fait pivoter l'élément en L 77 de telle manière que le bras de verrouillage 79 pivote pour se placer au-dessus de l'extrémité du bras latéral 71 (comme le montre la fig. 3B) et il maintient les roulettes 73 et 74 engagées dans les encoches. Ceci empêche une rotation ultérieure des disques 30 et 60 et maintient la tige 10 verrouillée en position. Du fait de la démultiplication existant entre l'arbre d'entraînement 41 et le mécanisme à vis 101, et entre l'arbre d'entraînement et l'arbre 24 de l'engrenage de réduction, tout mouvement rapide de la tige 10, en cas de panne, produira une rotation d'autant plus rapide de l'arbre 24 de l'engrenage de réduction. L'accouplement à glissement incorporé dans l'engrenage de réduction 23 agit alors de manière à limiter les forces d'inertie qui seraient imposées aux engrenages et au mécanisme de verrouillage 70 par une décélération rapide du moteur 20. En fonctionnement normal, si la tige 10 se trouve dans sa position extrême de rétraction B. les arrêts arrières 103 entrent en contact dans la partie arrière du mécanisme à vis 101 et ils empêchent un déplacement ultérieur du mécanisme à vis par rapport à la partie filetee 100 de l'arbre d'entraînement 24. Là encore, l'accouplement à glissement intervient pour limiter les forces d'inertie qui seraient imposées aux engrenages et au mécanisme A vis par une décélération rapide du moteur 20. Pendant que le moteur 20 effectue un entraînement normal, la tige 10 se trouvant dans une position intermédiaire entre A et B, si une force axiale excessive s'exerce de l'extérieur sur la tige, celle-ci résiste partiellement par le couple exercé par le moteur par l'entremise des engrenages. La force axiale excessive provoque un petit déplacement longitudinal de l'arbre 41, déplacement auquel s'oppose le ressort de freinage 51, j3usqu'à ce que le grand disque 60 entre en contact avec une face latérale de l'une des plaques de freinage 91 ou 92, selon le sens de la force extérieure. La réaction axiale entre le grand disque 60 et la plaque de freinage 91 ou 92 donne naissance à un couple de freinage par friction, lequel empêche la rotation du grand disque et done aussi le déplacement de la tige 10. Par conséquent, lorsqu'il est soumis à une force extérieure de surcharge, le dispositif d'actionnement 1 ou 2 se comporte comme une liaison rigide; la force de surcharge n'entraîne donc pas les engrenages ou le moteur. Du fait que la tige d'actionnement 10 est verrouillée dans sa position médiane en cas de panne du dispositif correspondant, le second dispo- sitif d'actionnement formant ledit ensemble est encore capable d'effectuer des commandes des deux côtés de la position médiane, o les commandes à effectuer sont les plus importantes. Il faut remarquer que, dans d'autres formes du dispositif d'actionnement, ce point critique peut être localisé à un autre endroit entre les positions extrêmes de la tige d'actionnement, par exemple au deux tiers de la course de la tige. Dans ce cas, la position de verrouillage doit correspondre à ce point critique. Dans certaines applications, il serait possible de verrouiller la tige en position par un blocage direct de la tige elle-même. Il est toutefois avantageux de verrouiller la tige par blocage d'un organe rotatif qui est relié à la tige par une démultiplication, puisque cela permet d'utiliser un mécanisme de verrouillage relativement petit et léger pour bloquer la tige contre toute réaction à de grandes forces axiales extérieures. Un dispositif d'actionnement selon l'invention n'est pas nécessairement du type linéaire; au contraire, il pourrait comporter un organe d'actionnement rotatif qui est ramené d'une manière similaire vers une position intermédiaire en cas de panne et qui est alors verrouillé contre tout déplacement ultérieur. Revendications 1. Dispositif d'actionnement comportant un organe d'actionnement qui est mobile par rapport à un boîtier, entre une première et une seconde position, caractérisé en ce qu'il comporte un ressort (120) agencé pour ramener l'organe d'actionnement (123), en cas de panne du dispositif (1, 2), à une troisième position prédéterminée entre la première et la seconde, et un mécanisme de verrouillage (70) qui verrouille l'organe d'actionnement (10) dans ladite troisième position en cas de panne du dispositif. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite troisième position prédéterminée est sensiblement équidistante de la première et de la seconde position. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe d'actionnement est une tige (10) mobile dans sa direction longitudinale. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte deux bagues (121 et 122) coulissant le long de ladite tige (10), deux organes d'arrêt (124 et 125) solidaires de la tige et espacés l'un par rapport à l'autre, et deux organes d'arrêt (126 et 127) solidaires du bottier, le déplacement desdites bagues (121 et 122) étant limité par appui des bagues contre les organes d'arrêt (124 à 127), et en ce que ledit ressort (120) est monté en appui contre les deux bagues, de façon à amener chacune d'elles en contact à la fois avec un organe d'arrêt (126, 127) solidaire du boîtier et un organe d'arrêt (124, 125) solidaire de la tige (10). 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur électrique (20) couplé en rotation avec un mécanisme à vis (100, 101) qui déplace la tige (10) longitudinalement. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit mécanisme de verrouillage (70) comporte un disque rotatif (30, 60) couplé avec l'organe d'actionnement (10). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit mécanisme de verrouillage (70) comporte plusieurs disques rotatifs (30 et 60) couplés avec l'organe d'actionnement, et en ce que ces disques rotatifs sont agencés pour tourner à des vitesses respectives différentes pendant le déplacement de l'organe d'actionnement (10). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que chacun desdits disques rotatifs (30, 60) est pourvu d'une encoche (32, 62) sur son bord, en ce que le mécanisme de verrouillage (70) comporte une roulette (73, 74) pour chaque disque, qui est pressée contre le bord du disque, un bras de verrouillage (79) qui peut être mis en prise avec la roulette (73, 73) pour la maintenir dans ladite encoche (32, 62) de manière à empêcher la rotation du disque (30, 60), et un solénoïde (80) qui, quand il est excité, retient le bras de verrouillage (79) dans une position o celui-ci n'est pas en prise avec la roulette (73, 74). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une plaque de freinage (91, 92) montée à proximité dudit disque rotatif (60) de telle manière qu'un déplacement axial du disque amène celui-ci en contact avec la plaque de freinage (91, 92), qui résiste ainsi à une rotation du disque (60). 10. Ensemble d'actionnement comprenant deux dispositifs d'actionnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, ces dispositifs comportant chacun un organe d'actionnement constitué par une tige mobile dans sa direction longitudinale, caractérisé en ce que les deux dispositifs d'actionnements (1, 2) sont accouplés dos à dos de telle manière que leurs organes respectifs d'actionnement (10) se déplacent dans des sens opposés, et en ce que chaque dispositif d'actionnement (1, 2) comporte un dispositif de verrouillage (70) qui verrouille l'organe d'actionnement (10) dans ladite troisième position prédéterminée, en cas de panne du dispositif respectif d'actionnement (1, 2).