Brevet FR2757585A1 — publié le 19980626

La présente invention concerne un dispositif mécanique permettant d'une part de limiter la force d'un vérin électrique linéaire à système vis/écrou réversible lorsque le vérin entraîne la charge, et d'autre part de limiter la force statique supportée par le vérin. La solution employée actuellement consiste à désaccoupler le système vis/écrou réversible de son moteur d'entraînement par l'intermédiaire d'un crabotage commandé par un levier dont le mouvement est une fonction de la force axiale appliquée sur la tige du vérin. Un dispositif mécanique extérieur situé entre la charge et la tige du vérin actionne le levier quand la force dépasse une valeur pré établie. Les inconvénients de ce système sont: I'usure rapide du dispositif de crabotage, . I'usure de chaque élément du dispositif a une influence sur le réglage qui doit être retouché régulièrement, Ie dispositif qui actionne le levier nécessite un déplacement axial important ce qui occasionne une imprécision du positionnement de la charge liée au vérin, il ne fonctionne que dans un seul sens, sa réalisation est complexe. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Ce dispositif comprend deux pièces, I'une solidaire de la vis du vérin et l'autre solidaire de la charge pouvant tourner l'une part rapport à l'autre sur le même axe. Entre ces deux pièces, est disposé un système de friction. Au repos, la rotation des deux pièces par rapport à l'autre est empêchée par ce système de friction. La vis du vérin est donc rendue solidaire de la charge, ceci bloque la rotation de cette vis et crée un couple de torsion sur le système de friction quand le vérin fonctionne. Deux cas de fonctionnement se présentent: 1. Limiteur de force dynamique du vérin quand celui-ci entraîne la charge: Le couple de frottement entre la vis et l'écrou tend à entraîner la vis en rotation. Cette rotation est empêchée jusqu'à ce que le système de friction glisse et désolidarise la vis de la charge qui n'est plus entraînée en translation. Ceci produit donc une limitation de la force du vérin. 2. Limiteur de force statique supportée par le vérin quand celui-ci n'entraîne pas la charge: Le dispositif utilise la réversibilité du système vis/écrou. On appelle réversibilité le fait que, sous l'action d'une force axiale sur l'un des éléments vis ou écrou, I'autre, bloqué dans la direction axiale, entre en rotation. La force appliquée par la charge dans l'axe de la vis tend à entraîner celle-ci en rotation. Cette rotation est empêchée jusqu'à ce que le système de friction glisse et désolidarise la vis de la charge. La rotation de la vis fait progresser celle-ci dans l'écrou et entraîne un déplacement linéaire de la charge. Ce dispositif fonctionne aussi bien en traction qu'en compression. Le système de friction employé peut être un dispositif à billes, à disques de frottement, à aimants permanents multipolaires ou autre. Dans le cas où le vérin possède des butées permettant de couper l'alimentation du moteur d'entraînement lorsque la fin de course est atteinte, le dispositif selon l'invention implique l'utilisation de butées de fin de course dont le fonctionnement est symétrique autour de l'axe du vérin, car la vis tourne. Ces butées assurent la même course totale de la vis tournante quelle que soit la position angulaire de celle-ci. Selon des modes particuliers de réalisation, les butées de fin de course peuvent être composées: d'une pièce mécanique circulaire associée à un rupteur électrique, un détecteur optique ou pneumatique entre autres. . d'un aimant annulaire associé à un détecteur magnétique à contacts secs ou à effet Hall utilisant un semi-conducteur entre autres. Les dessins annexés illustrent l'invention La figure 1 représente en coupe, le dispositif selon l'invention. La figure 2 représente en coupe, une première variante de ce dispositif. La figure 3 représente en coupe, une seconde variante de ce dispositif. En référence à ces dessins, le vérin lui-même, simplifié pour permettre la compréhension de l'invention, comporte un corps (15) qui enferme un écrou (8) bloqué suivant l'axe entre deux butées à roulement (12). Cet écrou est entraîné en rotation à l'aide d'un moteur (11) par l'intermédiaire d'un engrenage à deux pignons (9) et (10). L'écrou (8) entraîne la vis (7) ce qui transforme le mouvement de rotation de l'écrou en mouvement de translation de cette vis. La charge (17), actionnée par le vérin ne peut subir qu'un mouvement de translation par rapport au corps (15) fixé sur une structure. La pièce (1), solidaire de la charge, est de ce fait bloquée en rotation par rapport au corps (15). A l'arrêt du vérin, I'écrou (8) est bloqué en rotation par un dispositif électromécanique approprié. Selon des modes particuliers de réalisation Le vérin peut être équipé d'un système vis (7)/ écrou (8) à billes ou à filet de forme quelconque avec un pas rapide pour favoriser la réversibilité. . La vis (7) et l'écrou (8) peuvent être intervertis, I'écrou se déplaçant en translation entraîné par la vis tournante. Dans ce cas, la vis (7) et l'écrou (8) doivent être intervertis dans toute la description du dispositif selon l'invention. En référence à la figure 1, le dispositif selon l'invention comporte une pièce (2) rendue solidaire de la vis (7) du vérin à l'aide d'un élément d'assemblage (6) et d'une pièce (1) solidaire de la charge (17) par l'intermédiaire de la goupille (18). Ces deux pièces (1) et (2) peuvent tourner l'une par rapport à l'autre autour du même axe. Elles peuvent être concentriques et circulaires, I'une des deux formant un capot de protection autour du dispositif complet. Un système de friction (3) qui agit en limiteur de couple de torsion prend place entre les pièces (1) et (2), il assure la liaison entre ces deux pièces . Le système de friction (3) est donc soumis à un couple de torsion par le fait qu'il bloque la rotation de la vis (7). Deux cas de fonctionnement se présentent: 1. Limiteur de force dynamique du vérin quand celui-ci entraîne la charge (17) Le couple de frottement entre la vis (7) et l'écrou (8) tend à entraîner la vis en rotation. Cette rotation est empêchée jusqu'à ce que le système de friction (3) glisse et désolidarise les pièces (1) et (2). La valeur de la force à partir de laquelle la rotation se produit est une fonction du réglage du système de friction. 2. Limiteur de force statique supportée par le vérin quand celui-ci n'entraîne pas la charge (17): Le dispositif utilise la réversibilité du système vis (7) / écrou (8). La force appliquée par la charge (17) dans l'axe de la vis (7) tend à visser celle-ci dans l'écrou (8). Ceci engendre un couple de torsion sur la pièce (2) transmis à la pièce (1) par l'intermédiaire du système de friction (3). La rotation de la vis (7) est empêchée jusqu'à ce que le système de friction (3) glisse et désolidarise les pièces (1) et (2). La valeur de la force à partir de laquelle la rotation se produit est une fonction du réglage du système de friction. Dans la forme de réalisation suivant la figure 2, le système de friction (3) quelconque est remplacé par un système de friction à billes. Le dispositif comporte une pièce (2) rendue solidaire de la vis (7) du vérin à l'aide d'une goupille (6) par exemple et une pièce (1) solidaire de la charge (17) actionnée par le vérin. Ces deux pièces sont concentriques et peuvent tourner l'une par rapport à l'autre autour du même axe. Un ensemble composé des butées à roulement (4) et (5), du palier à roulement (21) et de la contre-plaque (23) arrêtée par l'anneau élastique (22) permet la rotation entre les pièces (1) et (2), tout en transmettant les efforts axiaux. La pièce (2) comporte un ou plusieurs trous borgnes dans chacun desquels coulisse une bille (19) poussée par un ressort (20). La pièce (1) comporte des encoches (28), dont le nombre peut être supérieur au nombre de billes (19), dans lesquelles viennent se loger ces billes. Deux cas de fonctionnement se présentent: 1. Limiteur de force dynamique du vérin quand celui-ci entraîne la charge: Le couple de frottement entre la vis (7) et l'écrou (8) tend à entraîner ladite vis en rotation. Ceci engendre un couple de torsion sur la pièce (2) transmis à la pièce (1) par l'intermédiaire des billes (19) poussées par les ressorts (20). La rotation de la vis (7) est empêchée jusqu'à ce que les billes (19) s'échappent des encoches (28) en comprimant les ressorts (20) sous l'action du couple de torsion. La valeur de la force à partir de laquelle la rotation se produit est une fonction du rendement du système vis (7) / écrou (8), de la valeur de la raideur des ressorts (20) ainsi que de la forme et des dimensions des éléments qui constituent le dispositif. 2. Limiteur de force statique supportée par le vérin quand celui-ci n'entraîne pas la charge: Le dispositif utilise la réversibilité du système vis/écrou. La force axiale s'exerçant sur la vis (7) tend à visser celle-ci dans l'écrou (8). Ceci engendre un couple de torsion sur la pièce (2) transmis à la pièce (1) par l'intermédiaire des billes (19) poussées par les ressorts (20). La rotation de la vis (7) est empêchée jusqu'à ce que les billes (19) s'échappent des encoches (28) en comprimant les ressorts (20) sous l'action du couple de torsion. La valeur de la force à partir de laquelle la rotation se produit est une fonction du rendement du système vis (7) / écrou (8), de la valeur de la raideur des ressorts (20) ainsi que de la forme et des dimensions des éléments qui constituent le dispositif. Selon des modes particuliers de réalisation . Les billes (19) peuvent être remplacées par des rouleaux, des coins, ou des patins de toutes formes. . Les pièces (1) et (2) peuvent être interverties, les encoches (28) se trouvant alors sur la pièce (2). Dans la forme de réalisation suivant la figure 3, le système de friction (3) quelconque est remplacé par un système de friction à disques. La pièce (2) solidaire de la vis (7) du vérin comporte un disque (24). La pièce (1) solidaire de la charge (17) comporte un disque (25), pouvant se déplacer suivant l'axe, plaqué contre le disque (24) par le ressort (26). Le disque (25) ne peut pas tourner par rapport à la pièce (1), la goupille (27) bloquant sa rotation. Les pièces (1) et (2) peuvent tourner l'une par rapport à l'autre autour du même axe. Les butées à rouleaux (4) et (5) permettent la rotation de la pièce (2) par rapport à la pièce (1) tout en transmettant les efforts axiaux. Le moment du couple à partir duquel le glissement des disques (24) et (25) I'un sur l'autre se produit est une fonction de la raideur du ressort (26), des coefficients de frottement des disques et de leur surface. Les deux cas de fonctionnement sont identiques à ceux de la forme de réalisation suivant la figure 1. Le fonctionnement des deux butées de fin de course (13), solidaires de la vis (7), est symétrique autour de l'axe de la vis (7), c'est à dire quelque soit la position angulaire de ladite vis. Ces butées (13) peuvent être constituées: - d'un aimant annulaire (16) à champ axial qui commande sans contact un détecteur (14) sensible au champ magnétique du type contacts secs sous ampoule de verre, détecteur à effet Hall ou autre. - d'une pièce mécanique circulaire qui commande un détecteur (14) du type rupteur électrique, détecteur optique ou pneumatique entre autres. Les détecteurs (14) situés dans le corps (15) du vérin génèrent un signal qui peut être utilisé pour commander l'arrêt du moteur (11) lorsque la fin de course est atteinte. Ces butées de fin de course (13) sont de forme circulaire. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de limiter la force d'un vérin électrique linéaire à système vis/écrou réversible caractérisé en ce qu'il comprend une pièce (2) solidaire de la vis (7) du vérin et une pièce (1) solidaire de la charge (17) actionnée en translation par le vérin, ces deux pièces pouvant tourner l'une par rapport à l'autre sur le même axe et entre lesquelles est disposé un système de friction (3) assurant la liaison des pièces (1) et (2) au repos, mais glissant à partir d'un certain couple de torsion engendré par le fait que ce système de friction (3) empêche la rotation de la vis (7). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il empêche la rotation de la vis (7) par rapport à la charge (17),engendré par le couple de frottement entre la vis (7) et l'écrou (8), jusqu'à ce que le système de friction (3) glisse et désolidarise la vis (7) de la pièce (1), elle-même reliée à la charge (17), de sorte que la force du vérin se trouve limitée quand celui-ci actionne la charge (17). 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il empêche la rotation de la vis (7), engendré par la force axiale appliquée par la charge (17) sur la vis (7) tendant à visser la vis (7) dans l'écrou (8) immobile, jusqu'à ce que le système de friction (3) glisse et désolidarise la vis (7) de la pièce (1) elle-même reliée à la charge (17), de sorte que la force statique supportée par le vérin se trouve limitée quand celui-ci n'actionne pas la charge (17). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le système de friction est composé d'une pièce (2) possédant des trous borgnes dans lesquels coulisse une bille (19) poussée par un ressort (20) et d'une pièce (1) comportant des encoches (28) dans lesquelles viennent se loger les billes (19) ou des coins, les billes ou les coins tendant à s'échapper des encoches (28) lorsqu'un couple de torsion suffisant est appliqué entre les pièces (1) et (2). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le système de friction est composé de deux disques de frottement (24) et (25) plaqués l'un contre l'autre par un ressort (26). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la pièce (2) est reliée à l'écrou (8) dans un vérin où la vis (7) et l'écrou (8) sont inversés, c'est à dire que l'écrou (8) se déplace en translation entraîné par la vis (7), elle-même mise en rotation par le moteur (11). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les deux pièces (1) et (2) sont concentriques et circulaires, I'une de ces deux pièces formant un capot de protection autour du dispositif. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est associé obligatoirement à des butées de fin de course (13) dont le fonctionnement est symétrique autour de l'axe de la vis (7), ces butées (13) commandant des détecteurs situés dans le corps (15) du vérin qui génèrent un signal utilisé par exemple pour commander l'arrêt du moteur (11) lorsque la fin de course est atteinte. 9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que les butées de fin de course (13) comportent chacune un aimant annulaire (16) à champ axial qui commande sans contact un détecteur (14) sensible au champ magnétique. 10.Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que les butées de fin de course (13) sont composées chacune d'une pièce mécanique circulaire commandant un détecteur optique ,pneumatique ou à rupteur électrique. 11.Vérin linéaire à système vis/écrou réversible caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif selon l'une quelconques des revendications précédentes.