Brevet FR2746876A1 — publié le 19971003

La présente invention concerne un dispositif pour rattraper les défauts d'orientation de l'effort produit par un ressort hélicoïdal dans un ensemble comportant un fourreau et un piston monté coulissant dans ledit fourreau, ledit ressort hélicoïdal étant disposé coaxialement audit piston et exerçant par ses bases des efforts sensiblement opposés respectivement sur ledit fourreau et ledit piston. La présence de tels ensembles est très courante dans les systèmes hydrauliques de distribution de fluides ou de calcul hydromécanique. Cest en particulier le cas des équipements composant les systèmes de régulation et de distribution de carburant qui équipent les turbomachines aéronautiques. Les états de surface des parties en contact sur le piston et le fourreau sont d'excellente qualité pour éviter le grippage des pièces et réduire au mieux les efforts de frottement. Quant aux jeux fonctionnels entre ces fourreaux et ces pistons, ils sont extrêmement réduits et de l'ordre de quelques micromètres. Cependant, comme le montrent les figures 1 et 2, l'effort R appliqué par le ressort 1 sur le piston 2 et le fourreau 3 ne passe pas par le centre 0 de la face d'appui correspondant et n'est pas perpendiculaire aux surfaces d'appui. Ceci résulte du fait que les bases du ressort hélicoïdal sont en appui sur des surfaces du piston et du fourreau perpendiculaires à l'axe de déplacement du piston, par l'intermédiaire de coupelles. Les défauts d'usinage et les déformations du ressort entraînent une répartition non uniforme des efforts sur les coupelles. Une composante latérale F1, F2 va naître au niveau du fourreau et du piston, ainsi qu'un couple C de basculement, par suite de l'écart e entre le centre de la face d'appui et le point d'application de l'effort R sur cette face d'appui. Cet effort F1 et le couple C plaquent le piston 2 contre l'alésage du fourreau 3 faisant ainsi croître la valeur de l'effort de frottement entre ces pièces et pouvant à terme provoquer une immobilisation par grippage, ce qui peut être particulièrement gênant à bord d'un aéronef en vol. Le but de la présente invention est de réduire, voire éliminer ces efforts F1 et F2 et le couple C. L'invention atteint son but par le fait qu'entre au moins l'une des bases du ressort hélicoïdal et la pièce correspondante - piston ou fourreau - il est prévu une liaison rotulante sphérique centrée sur l'axe du piston. Dans le cas idéal d'une rotule sans frottement, les réactions d'appui des portions de surface sphériques en contact réciproques sont toujours perpendiculaires au profil et sont de valeurs identiques. Ces réactions ont donc comme supports les rayons de la sphère constituant la partie mâle de la rotule et aboutissent toutes au centre de cette sphère. L'effet de la rotule est alors de garantir que la résultante R des réactions d'appui passe par le centre de la sphère, et qu'à cet endroit le couple transmis est nul. Dans le cas d'une rotule avec frottement, la rotule peut transmettre un couple non nul, mais l'avantage du montage proposé par l'invention est de maîtriser par construction sa valeur maximale possible en choisissant une rotule ayant un rayon aussi faible que possible en fonction des objectifs et des contraintes de l'application. En effet, la valeur maximale du couple C est donnée par la formule C=fxr x R dans laquelle: f est le coefficient de frottement r est le rayon de la rotule R est la valeur de la force résultante. Avantageusement, le ressort hélicoïdal est sur appui sphérique rotulant à ses deux extrémités. Cette disposition permet d'annuler l'effort latéral Fl. Dans le cas o il n'existe qu'un seul appui rotulant, l'effort latéral F1 existe et son intensité dépend de la qualité de la perpendicularité de la face d'appui opposée du ressort. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 montre un ensemble traditionnel comportant un fourreau et un piston monté coulissant dans ledit fourreau et chargé par un ressort hélicoïdal en appui sur des surfaces planes sensiblement perpendiculaires à l'axe du piston. La figure 2 est une représentation équivalente des forces et couples en présence au niveau d'une surface d'appui; la figure 3 représente un système hydraulique de distribution de fluide incluant un ensemble comportant un fourreau et un piston monté coulissant et chargé par un ressort hélicoïdal, ledit ressort étant relié au piston par un dispositif rotulant permettant de compenser les efforts inégaux exercés par le ressort sur le piston; la figure 4 est une vue de dessus de la tête de piston; la figure 5 est une vue latérale de la tête de piston selon la flèche A de la figure 4; la figure 6 montre à plus grande échelle le montage de la rotule, et le figure 7 est une vue de dessus de la tête de rotule. Les figures 1 et 2 montrent un montage classique d'un ressort 1 interposé entre un piston 2 monté coulissant dans un fourreau 3 et une pièce 4 solidaire du fourreau 3. Le point d'application de la résultante R des efforts appliqués par le ressort 1 sur la face d'appui du piston 2 est décalé d'une distance e du centre 0 de la face d'appui. D'autre part, la résultante R n'est pas perpendiculaire à la face d'appui et se décompose en une force latérale F1 et une force F parallèle à l'axe 5 du piston 2. Au centre 0 s'exerce un couple C = F x e qui a tendance à basculer le piston 2 dans l'alésage du fourreau 3. Les figures 3 à 7 montrent un système hydraulique de distribution de fluide 10 qui comporte un fourreau 3 et un piston 2 monté coulissant dans le fourreau 3. Un ressort hélicoïdal 1 est interposé entre le fourreau 3 et le piston 2, afin de régler des ouvertures de passage de fluide en fonction des pressions du fluide. Comme on le voit clairement sur cette figure 3, la base inférieure 11 du ressort hélicoïdal 1 est en appui sur un épaulement 12 annulaire périphérique du fourreau 3, tandis que la base supérieure 13 loge dans une rainure 14 d'une coupelle annulaire 15. La coupelle annulaire 15 présente dans sa partie centrale une ouverture 16 permettant le passage d'une tige 17 centrée dans l'axe du piston 2 et qui comporte à son extrémité supérieure une rotule mâle sphérique 18 et à son extrémité inférieure un dispositif de fixation 19 de la tige 17 sur le piston 2. Ce dispositif de fixation 19 comporte trois tenons 20 divergents régulièrement répartis autour de l'axe de la tige 17 dans un plan perpendiculaire à cet axe. Les trois tenons 20 pénètrent et S se verrouillent dans trois encoches 21 ménagées dans la paroi du piston 2. La liaison entre la coupelle annulaire 15 et la rotule mâle 18 est assurée par un anneau 22, qui présente une surface sphérique concave 23 en appui sur la surface périphérique inférieure de la rotule mâle 18, et une pièce de calage 24 interposée entre l'anneau 22 et la coupelle 15. Cette pièce de calage 24, de forme annulaire, comporte une échancrure permettant le passage de la tige 17 et un logement annulaire pour centrer l'anneau 22. Elle est reçue et centrée dans un logement annulaire ménagée sur la face supérieure de la coupelle 15. La rotule mâle 18 est fixée sur la tige 17 au moyen d'un écrou 26 et d'une rondelle de verrouillage 27. La valeur de la tension de la force du ressort 1 est fonction de l'épaisseur de la pièce de calage 24. Grâce à l'échancrure 25, cette pièce de calage 24 peut facilement être remplacée sans démontage d'autres pièces. Il suffit de comprimer le ressort 1 en repoussant la coupelle 15 vers le bas et de faire glisser la pièce de calage 24. Le remontage d'une autre pièce de calage 24 se fait dans les mêmes conditions. Le piston 2 coulisse dans le fourreau 3 sous l'action des forces antagonistes du ressort 1 et de la pression du fluide à l'intérieur du système hydraulique de distribution 10, afin de régler l'ouverture de lumières 28 ménagées dans la paroi du piston 2, en regard de la paroi intérieure 29 du fourreau 3. Comme on le voit sur la figure 6, les forces élémentaires F3 exercées par l'anneau 22 sur la rotule mâle 18 sont perpendiculaires aux surfaces d'appui, et passent toutes par le centre de la surface sphérique de la rotule 18 qui se trouve dans l'axe de la tige 17. La résultante R est donc centrée sur l'axe de la tige 17. REVENDICATIONS 1. Dispositif de rattrapage des défauts d'orientation de l'effort produit par un ressort hélicoïdal (1) dans un ensemble comportant un fourreau (3) et un piston (2) monté coulissant dans ledit fourreau (3), ledit ressort (1) étant disposé coaxialement audit piston (2) et exerçant par ses bases (11, 13) des efforts sensiblement opposés respectivement sur ledit fourreau (3) et ledit piston (2), caractérisé par le fait qu'entre au moins l'une des bases (13) du ressort hélicoïdal (1) et la pièce correspondante -piston (2) ou fourreau (3) - il est prévu une liaison rotulante sphérique (18, 23) centrée sur l'axe (7) du piston (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la liaison rotulante est prévue entre le ressort hélicoïdal (1) et le piston (2). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la liaison rotulante comporte une rotule mâle (18) montée sur une tige (17) solidaire du piston (2) et un anneau (22) ayant une surface sphérique (23) en appui sur la surface périphérique de ladite rotule mâle (18), ledit anneau (22) étant monté sur une base (13) du ressort (1) au moyen d'une coupelle annulaire (15) et d'une pièce de calage (24).