Brevet FR2585419A1 — publié le 19870130

Dispositif de support et de guidage d'un élément mobile à rotation autour d'un axe. L'invention concerne un dispositif de support et de guidage d'un élément mobile à rotation autour d'un axe avec un débattement angulaire limite, et permettant de guider cet élément sur une trajectoire très proche d'une tra,ectoire circulaire centrée sur l'axe de rotation, pour ce débattement angulaire. Un dispositif de ce type est applicable dans tous les cas où les systèmes classiques de pivot ou de support d'un arbre rotatif ne peuvent être utilisés. Ce dispositif est applicabler,otamment à un compresseur sans frottement, comprenant un piston torique déplaçable en mouvement circulaire oscillant avec un jeu faible dans un cylindre de forme torique correspondante. On connait déjà des compresseurs de ce type, dont le piston est supporté et guidé, à l'extérieur du cylindre, par des ensembles de suspension élastiquement déformables, de telle sorte que le piston puisse se déplacer G le cylindre avec un jeu très faible, sans contact donc sans frottement avec la paroi du cylindre. Ces moyens connus ont pour iconvénient une course très faible du piston et un guidage du piston qui n'est pas parfait et qui provoque des frottements sur la paroi du cylindre. I1 est parfois nécessaire, pour obtenir un guidage correct du piston sur sa trajectoire circulaire, que le dispositif de suspension ait une très grande raideur (par exemple supérieure à 106 N/m) pour tous les degrés de liberté de l'élément mobile autres que son débattement angulaire autour de l'axe de rotation. L'invention a pour objet un dispositif de support et de guidage d'un élément mobile à rotation autour d'un axe, qui réponde à cette dernière condition et qui, en outre, permette de déplacer l'élément mobile sur une trajectoire très proche d'une trajectoire circulaire, pour un débattement angulaire déterminé. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux lames élastiquement déformables en flexion, qui s'étendent dans deux plans passant par l'axe de rotation et dont les axes longitudinaux sont perpendiculaires à l'axe de rotation et se croisent sur cet axe, chaque lame étant solidaire de l'élément mobile par une extrémité et solidaire d'un élément fixe par son autre extrémité. On peut ainsi supporter et guider de façon extrêmement précise un élément mobile sur une trajectoire circulaire, sans faire appel aux moyens ciassiques de support et de guidage d'un arbre rotatif. De préférence, les deux lames font entre elles un angle d'environ 90. La valeur optimale du rapport entre la longueur libre de chaque lame entre ses points de fixation et le rayon du cercle décrit autour de l'axe par l'extrémité libre de la lame fixée à l'élément mobile est de l,i08. On obtient ainsi une trajectoire circulaire de l'élément mobile, avec une précision de l'ordre ae 10 (rapport de l'erreur de circularité sur ie rayon de 7a trajectoire de l'élément mobile). L'amplitude angulaire du mouvement de l'élément mobile peut varier de 5 à 20C par rapport à sa position d'équilibre stable, selon que les lames sont réalisées en acier ou en matériau composite. La raideur angulaire du dispositif est déterminée par les caractéristiques des lames notamment leur longueur et leur épaisseur) qui déterminent également la circu laité de la trajectoire de l'élément mobile Darus le cas où l'on souhaite augmenter cette raideur angulaire, L'invention prévoit que le dispositif comprend une barre médiane qui s'étend entre les deux lames précitées et dont l'axe longitudinal est perpendiculaire à l'axe de rotation et rencontre cet axe dans la position d'équilibre stable de l'élément mobile. une extrémité de la barre médiane étant solidaire d'un point fixe et son autre extrémité étant reliée à l'élément mobile par deux lames déformables en flexion. Avantageusement, le dispositif comprend également des moyens moteurs électromagnétiques qui coopèrent avec un élément porté par cette barre médiane et qui exercent sur cet élément une force électromagnétique écartant ladite barre d'une position d'équIlibre stable ou de repos. Dans une application de l'invention,ltélément mobile est un piston torique, par exemple à section carrée, d'un compresseur sans frottement, ce piston étant mobile en mouvement circulaire alternatif dans un cylindre de forme torique correspondante. L'invention est également applicable en robotique et dans tous les cas où l'on utilise des articulations sans jeu à débattement angulaire limité. Par ailleurs, la superposition ou le montage bout à bout de plusieurs dispositifs selon l'invention permet d'obtenir des débattements angulaires très importants, supérieurs à 100 . Dans la description qui suit, faite à titre a'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesqueis - la figure 1 est une vue schématique de dessus et en coupe partielle d'un compresseur annulaire sans frottement comprenant un dispositif selon l'invention; - les figures 2 et 3 representent les deux lames de flexion faisant partie de ce dispositif; - ia figure 4 représente schématiquement la forme des lames en flexIon. Le compresseur sans frottement représenté en figure 1 comprend un cylindre fixe 10 de forme torique, centré sur un axe 12 perpendiculaire au pian du dessin, et dans iequel est reçu avec un jeu très faible un piston torique 14 mobile en mouvement oscillant alternatif autour de l'axe 12, avec un débattement angulaire limité. En fait, les deux extrémités du piston 14 sont reçues chacune dans un cylindre 10 du type précité, dont la paroi de fond 16 comprend les moyens adéquats, par exemple des clapets,d'admission et de sortie du fluide à comprimer. Pour des raisons de facilité d'usinage, le piston 14 et les cylindres 10 peuvent avoir une section transversale carrée. Le piston 14 est fixé rigidement, dans sa partie médiane, sur une pièce 18, par exemple en forme de V dont les deux branches 20 s'étendent dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation 12. Sur les extrémités des branches 20 sont encastrées les extrémités de deux lames 22 et 24 déformables en flexion, qui sont représentées dans les figures 2 et 3 et dont les extrémités opposées sont encastrées rigidement sur une pièce fixe 26 portée, comme les cylindres 10, par un bâti non représenté. Les lames 22 et 24 s'étendent, dans la position d'équilibre stable représentée en figure 1, chacune dans un plan passant par laxede rotation 12, et leur axe longitudinal 28, 30 respectivement est perpendiculaire à l'axe de rotation 12. En outre, les axes longitudinaux 28 et 30 de ces deux lames se croisent sur l'axe de rotation 12. Pour cela, la lame 22 est par exemple en forme de I comme représenté en figure 2, tandis que la lame 24 est de forme rectangulaire comme représenté en figure 3, avec une découpe rectangulaire 32 permettant le passage de la partie médiane 34 de ia lame 22. Les extrémités des lames 22 et 24 comprennent chacune quatre trous 36, 38 respectivement pour leur positionnement et leur fixation sur les extrémités des branches 20 de ia pièce 18 et sur la pièce fixe 26. Dans l'exemple représenté, les deux lames 22, 24 font entre elles un angle d'environ 909 dans la position d'équilibre stable ou de repos du dispositif. La pièce 26 comprend donc deux faces perpendiculaires sur lesquelles sont fixées les extrémités des lames 22 et 24, les extrémités des branches 20 de la pièce 18 présentant également deux faces perpendiculaires sur lesquelles sont fixées les autres extrémités des lames 22 et 24. Ce dispositif fonctionne de la façon suivante Lorsque le piston mobile 14 est écarté de sa position d'équilibre stable représentée en figure 1! les lames 22 et 24 se déforment en flexion, et présentent chacune un point d'inflexion au voisinage de leur extrémité fixée sur la pièce 18, comme représenté en figure 4. La trajectoire du piston 14 est aussi proche que possible d'une trajectoire parfaitement circulaire lorque le rapport L/R a une valeur optimale égale à 1,108, L étant la longueur libre de chaque lame 22, 24 entre son point A d'encastrement sur la pièce 18 et son point B d'encastrement sur la pièce 26, et R étant la distance entre chaque point A et l'axe 12. Aisi, lorsque R a par exemple une valeur de 80 mm, l'erreur de circularité sur la trajectoire du piston 14 est comprise entre 1/100ème et 1/1000ème de millimètre, et reste inférieure aux tolérances de fabrication du piston 14 et des cylindres 109, ainsi qu'au jeu radial entre les extrémités du piston 14 et les parois internes des cylindres 10, qui est de quelques centièmes de millimètre. Le dispositif selon l'invention a une très grande raideur, supérieure à 106 N/m, pour tous les degrés de liberté du piston 14 autres que son mouvement de rotation autour de l'axe 12. La raideur angulaire du mouvement de rotation autour de l'axe 12 est déterminée par la longueur L des lames 22 et 24 et par leur épaisseur. Si i'on veut augmenter cette raideur sans modifier les lames 22 et 24, on peut, comme représenté en figure 1, prévoir une barre médiane 40 dont une extrémité est fixée rigidement sur une pièce fixe 42 portée par le même bâti que la pièce fixe 26 et les cylindres 10, et dont l'autre extrémité est reliée par deux lames élastiquement déformables 44,dont une est représentée en figure 1, aux extrémités des branches de la pièce 18, ces lames 44 étant fixées rigidement à leurs extrémités sur la pièce 18 et sur la barre 40, respectivement. La barre 40 s'étend perpendiculairement à l'axe de rotation 12 entre les deux lames de flexion 22 et 24 qui sont symétriques par rapport à i'axe de la barre 40 dans la position d'équilibre stable du dispositif, et l'axe longitudinal de la barre 40 rencontre l'axe 12 en un point situé entre les deux extrémités de cette barre. Les lames de flexion 44 sont sensiblement parallèles à la trajectoire circulaire du piston 14. Lorsque ce piston est écarté de sa position d'équilibre stable, la barre 40 et les lames de flexion 44 se déforment en flexion, en suivant le mouvement de la pièce 18 qui relie les lames 22 et 24 au piston 14. Par ailleurs, on peut associer à ce dispositif des des moyens moteurs électromagnétiques, qui coopèrent avec un élément fixé sur la barre 40 pour exercer sur cet élément une attraction électromagnétique et écarter le piston 14 de sa position d'équilibre stable. Cette force motrice peut être périodique, le retour du piston 14 dans sa position d'équilibre stable étant assuré par les lames 22 et 24, ainsi que par ia barre médiane 40 et les lames 44. Les lames de flexion 22 et 24 peuvent être réalisées en acier, par exemple lorsque l'amplitude angulaire du mouvement du piston 14 est de 7 à 8" de part et d'autre de sa position d'équilibre stable. Cette amplitude angulaire peut être doublée lorsque les lames 22 et 24 sont en matériau composite. Revendications. 1. Dispositif de support et de guidage d'un élément mobile en rotation autour d'un axe, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux lames (22, 24) élastiquement déformables en flexion, qui s'étendent dans deux plans passant par l'axe de rotation (12) et dont les axes longitudinaux (28, 30) sont perpendiculaIres à l'axe de rotation (12) et se croisent sur cet axe, chaque lame (22, 24) étant solidaire de l'élément mobile (14, 18) par une extrémité et solidaire d'un élément fixe (26) par son autre extrémité. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux lames (22, 24) font entre elles un angle d'environ 900. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur optimale L/R du rapport entre la longueur libre (L) de chaque lame (22, 24) entre ses points de fixation (A, B) et le rayon (R) du cercle décrit autour de l'axe par l'extrémité libre (A) de la lame fixéeàl'élément mobile est de 1,108. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'amplitude angulaire du mouvement de l'élément mobile (14) est d'environ 5 à 200 de part et d'autre de sa position d'équilibre stable. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lames (22, 24) sont en acier ou en matériau composite. 6. Dispositif selon l'une des revendications préce- dentes, caractérisé en ce qu'il comprend une barre médiane (40) s'étendant entre les deux lames (22, 24) précitées et dont l'axe longitudinal est perpendiculaire à l'axe de rotation (12) et rencontre cet axe dans la position de repos de l'élément mobile, une extrémité de la barre médiane (40) étant solidaire d'un point fixe et son autre extrémité étant reliée à l'élément mobile (14, 18) par deux lames (44) déformables en flexion. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens moteurs électromagnétiques coopérant avec un élément porté par ladite barre médiane (40) et exerçant sur cet élément une force électromagnétique écartant ladite barre (40) de sa position d'équilibre stable ou due repos. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément mobile (14) est un piston torique, par exemple à section carrée, d'un compresseur sans frottement, ce piston (14) étant mobile en mouvement circulaire oscillant dans un cylindre (10) de forme torique correspondante.