Brevet FR2839352A1 — publié le 20031107

9) apte a entralner une roue correspondante. 1 2839352 Systeme vs-ecrou recirculation d'organes roulants, notamment a billes, et a ecrou de securite, notamment pour application aeronautique s La presente invention concerne un ensemble de securite pour un systeme vis- ecrou a recirculation d'organes roulants, du type comportant une vis et un ecrou entre les filetages cooperants desquels circulent des organes roulants maintenus ou non par une cage, les organes roulants etant ramenes en permanence entre les filetages par un passage de recirculation. to Les organes roulants vent par exemple des billes, mais pourraient etre des rouleaux. Le domaine des vis a billes (c'est-a-dire ou ledit organe roulant est une bille) est aujourd'hui bien connu et utilise largement dans l'industrie lorsqu'on veut transformer un mouvement de rotation en translation avec un rendement de l'ordre de 95%. Les applications vent multiples dans les machines-outils pour deplacer les axes, dans l'aeronautique pour mouvoir des surfaces assurant le pilotage de l'avion, dans les missiles, dans les satellites, etc. Il arrive qu'une defaillance de l'ecrou a billes ou a rouleaux, par exemple une perte de billes, ne soit pas detectee et poisse entraner la desolidarisation de l'ecrou et de la vis. Pour certaines applications, telles que les machines-outils par exemple, il est connu par US 2 855 790 ou FR 2 714 703, de prevoir un systeme de securite qui bloque immediatement la translation entre la vis et ltecrou en cas de defaillance de ltecrou a billes. Pour d'autres applications, notamment les applications a l'aeronautique qui vent principalement concernees ici, il est necessaire de prevoir une solution de repli en cas de defaillance de l' ecrou a bill es primaire, et un ecrou secondaire ou ecrou de securite est prevu pour prendre so le relais du premier en cas de necessite. Il est tres important pour la securite de pouvoir detecter rapidement le passage sur la vole de securite (voie secondaire ou encore cite "fail safe"), car la duree de vie de l'ecrou de securite au niveau du filetage cooperant avec la vis est limitee. 2 2839352 La Demanderesse a deja propose dans les demandes FR 01 13 160 et FR 01 14 801 des ameliorations des ecrous de securites connus, introduisant par un dispositif de contre-ecrou de securite un frottement tres superieur au frottement normal de l'ecrou a billes primaire, ce frottement permettant d'alerter le pilote de la survenue d'une defaillance. Le but de ['invention est de proposer un autre moyen, le plus fiable possible, de detecter la survenue d'une defaillance et le passage sur la vole de securite. Selon ['invention, de facon a fiabiliser la detection de toute anomalie, o on integre au niveau de l'ecrou de securite ou des pieces adjacentes des capteurs de position detectant instantanement tout contact ou mouvement anormal des pieces de securite par rapport a la vole primaire. Autrement dit, ['invention concerne un systeme vis-ecrou a organes roulants, notamment a billes ou a rouleaux, comportant une vis primaire tournant dans un ecrou primaire, ainsi qu'une vole de securite comportant un ecrou de securite positionne par rapport a liecrou primaire par des pions de cisaillement de facon a eviter tout contact en fonctionnement normal entre la vis et l'ecrou de securite, et assurant un couple de friction en cas de defaillance de liecrou primaire ou de ses attaches des la rupture des pions sous charge; caracterise o en ce qu'au moins un capteur de position est dispose sur l'ecrou de securite ou sur la vole de- securite pour detecter un deplacement anormal entre des pieces de la vole primaire et des pieces de la vole de securite. Avantageusement, les capteurs de position integres sur ltecrou de securite entre la vole primaire et la vole de securite detectent tout mouvement relatif a partir d'un seuil determine pour eviter tout signal intempestif. L'architecture et le nombre de capteurs vent choisis pour fiabiliser ['information et eviter tout signal d'anomalie errone. Avantageusement, au moins un capteur de position. est dispose dans liecrou de securite pour o observer ['evolution des jeux des filets. Avantageusement egalement, au moins un capteur de position est dispose entre des tourillons de l'ecrou de securite et les liaisons de securite. En fait, il est avantageux de prevoir divers capteurs en divers endroits et de correler leurs signaux. Les capteurs vent avantageusement des capteurs de type inductif, notamment de type LVDT ou DPI. L' invention sera mieux comprise et d'autres avantages et caracteristiques seront mis en evidence a la lecture de la description suivante, se referent aux dessins annexes sur lesquels: - la fgure 1 est une vue laterale avec coupe et arrachement partiel, s diune vis a billes integree dans un verin de commande de plan horizontal d'avion; - la figure 2 est une vue de dessus du verin de la figure 1; - la fgure 3 est une vue de detail de ['implantation d'un capteur pour surveiller le jeu entre l'ecrou de securite et la vis; o - les figures 4 et 5 vent des vues analogues aux fgures 1 et 2 de detail de ['implantation de capteurs de proximite inductifs (DPI) pour surveiller le jeu entre l'ecrou de securite et la poutre de securite. Les fgures 1 et 2 montrent un exemple d' implantation d'un ecrou de i5 securite dans un dispositif de vis-ecrou destine a un verin de commande de plan horizontal d'avion. Le dispositif comporte une vis motorisee 1 a filetage helicoidal cooperant avec un ecrou primaire 2 lui-meme pourvu d'un filetage helicoidal, les deux filetages helicoidaux formant ensemble un canal helicoidal de section circulaire dans lequel vent logees des billes. Des o canaux de recirculation des billes vent prevus pour ramener les billes d'une position en aval du canal helicoidal a une position en amont, ou vice versa. L'ecrou a billes 2 est rendu solidaire des bras d'attache du plan horizontal de ['empennage anquel le dispositif est destine par le cardan 3 et les rotules 6. L'ecrou de securite 10 axialement decale sur la vis, est ^75 positionne par rapport a l'ecrou a billes 2 par les pions 7 et est capable de transferer les charges auxquelles il peut etre soumis en cas de defaillance de l'ecrou principal aux bras d'attache du plan horizontal par l'intermediaire des tourillons 13, des poutres de securites 5 et plaques de transfert 4. L'ecrou de securite 10 a un fletage interieur helicoidal 11 destine a o cooperer avec le fletage 12 de la vis 1 avec un jeu axial X et radial Y (cf. figure 3). Ces jeux, generalement de l'ordre de 0,5 mm, evitent tout contact pendant la phase de fonctionnement normal de ['ensemble vis ecrou a billes. Ils tiennent compte de l'usure des billes et des profls ainsi que des deformations billes/profils sous charge maximale de fonctionnement ainsi :5 que de charges statiques limites et ultimes. 4 2839352 En cas de defaillance de l'ecrou a billes, que ce soit pour pertes de billes, rupture des tourillons de l'ecrou a billes ou rupture des tourillons de cardan, l'ecrou de securite 10 va venir en contact avec la vis a billes 1 apres rupture des pions 7 par cisaillement et creer un couple de frottement superieur a iso-charge au couple de fonctionnement de ['ensemble vis a billes. Ce surcouple n'est pas franchement detecte par le dispositif classique travaillant sur la position du verin et pouvant detecter une anomalie entre la position commandee et la position reelle. De plus, le seuil de detection de position est inferieur aux petite mouvements commandes (pas de correlation o franche entre le surcouple et l'erreur de position). C'est pourquoi ['invention fiabilise la detection de toute anomalie, en integrant au niveau de l'ecrou de securite ou des pieces adjacentes des capteurs de position detectant instantanement tout contact ou mouvement anormal-des pieces de securite par rapport a la vole primaire. La fgure 3 represente un exemple de capteur 20 prevu dans les filets de ltecrou de securite 10. Ce capteur 20 est place de facon a pouvoir mesurer une diminution ou une augmentation du jeu (le jeu initial de 0,5 mm passe par exemple a O ou a 1 mm) selon la direction de deplacement relatif des pieces liees aux efforts exterieurs, significative d'une defaillance de la vole primaire. Dans la position representee sur la figure 3, le capteur de position 20 ne peut mesurer la modification du jeu que dans un sees, par exemple celui correspondent a la traction et doit done etre double par un capteur homologue 20' mesurant la modification du jeu dans l'autre sees, correspondent a la compression. Afin d'eviter les fausses alertes, les -capteurs prevoient un seuil de detection minimal, par exemple egal a la moitie du jeu minimal J + P (J representant le jeu fonctionnel et P le jeu de protection). Le jeu fonctionnel J integre le seuil de detection du capteur. Selon le type de capteur, le signal de sortie peut etre lineaire ou traite comme un o seuil franc a partir d'un certain niveau. Pour obtenir une fiabilite elevee, les capteurs vent de preference inductifs sans contact (si les materiaux presentent des proprietes magnetiques adaptees) ou des capteurs lineaires de deplacement de type LVDT (linear variable differential transformer), comme represente sur la s5 fgure 3 qui montre la partie emergeante 21 du noyau mobile du capteur. 2839352 Les capteurs peuvent etre installes a differents endroits. Plusieurs implantations possibles ont ete representees sur les fgures 1, 2 et 4. Les capteurs C1 vent places au niveau des filets de lecrou de securite et detectent le deplacement relatif entre la vis a billes 1 et l'ecrou de securite s 10, lie par exemple a la perte de toutes les billes de l'ecrou a billes. Les capteurs C2 vent places entre le tourillon 13 de l'ecrou de securite 10 et la poutre de securite 5 et detectent le deplacement relatif enke ['attache primaire et ['attache de securite, pouvant eke lie a une rupture de cardan de ['attache primaire ou des tourillons de l'ecrou a billes. o Les capteurs C3 vent places entre la plaque de securite 4 et ['attache de bras et detectent un deplacement relatif enke la vole primaire et la vole de securite indiquant une rupture sur l'une des pieces primaires: tourillons de l'ecrou a bille, cardan de la vole primaire. Cette multiplication des capteurs permet de correler les divers s signaux et d'eliminer les fausses alertes. Par exemple, pour une seule fonction donnee, on installe trots capteurs. Lorsqu'un senl capteur delivre un signal, le systeme delivre apres traitement un signal "verifier le capteur N". Lorsqu'au moins deux signaux identiques vent delivres, le systeme delivre apres kaitement le signal "attention: passage sur vole de securite; o verifier apres atterrissage". Les figures 4 et 5 representent un exemple de capteurs inductifs de proximite (DPI) 21 mesurant le deplacement relatif sous un sens de chargement donne entre l'ecrou de securite et la ou les poutres de securite 5. Le signal de sortie des DPI est modife lors du chargement de liecrou de Ai5 securite 10 par variation de l'entrefer "e" entre les capteurs 21 fixes a la poutre (5) et les cibles 22 liees au tourillon 13 de l'ecrou de securite 10. C:omme explique plus haut, on a multiplie les capteurs 21 (dans liexemple represente, 3 capteurs au-dessus et 3 capteurs au-dessous, disposes en arc) et leurs cibles 22. 6 2839352 REVENDICATIONS 1. Systeme vis-ecrou a organes roulants, notamment a billes ou a rouleaux, comportant une vis (1) tournant dans un ecrou primaire (2), ainsi qu'une vole de securite comportant un ecrou de securite (10) positionne par rapport a liecrou primaire (2) par des pions de cisaillement (7) de facon a eviter tout contact en fonctionnement normal entre la vis (1) et l'ecrou de securite (10), et assurant un couple de friction en cas de defaillance de l'ecrou primaire ou de ses o attaches des la rupture des pions (7) sous charge; caracterise; en ce qu'au moins un capteur de position (20, 21, C1, C2, C3) est dispose sur ltecrou de securite (10) ou sur les liaisons de securite (4, 5) pour detecter un deplacement anormal entre des pieces de la vole primaire (1, 2, 3) et des pieces de la vole de securite (10, 4, 5). 2. Systeme vis-ecrou selon la revendication 1, caracterise en ce qu'un capteur de position (20, C1) est dispose dans ltecrou de securite pour observer ltevolution des jeux (X, Y) des filets. o 3. Systeme vis-ecrou selon la revendication 1, caracterise en ce qu'au moins un capteur de position (21, C2) est dispose entre des tourillons (13) de l'ecrou de securite (10) et les liaisons de securite (4, 5). 4. Systeme vis-ecrou selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, s caracterise en ce que les signaux des capteurs (C1, C2, C3) places en differents endroits vent correles. 5. Systeme vis-ecrou selon l'une quelconque des revendications la 4, caracterise en ce que les capteurs (20, 21, C1, C2, C3) vent choisis o parmi les capteurs a induction, notamment LVDT ou DPI 6. Systeme vis-ecrou selon l'une quelconque des revendications 1 a 5,