Brevet FR2871923A1 — publié le 20051223

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de positionne-ment d'une pièce dans une position inclinée, comprenant une unité de fixation logée dans un palier d'un socle pour basculer autour d'au moins un axe de la pièce et une unité d'actionnement qui bascule l'unité de fixation suivant un angle d'inclinaison défini autour d'au moins un axe de la pièce. L'invention concerne également un poste d'essai aux chocs équipé d'un tel dispositif. Etat de la technique En pratique il existe un grand nombre de mécanismes per-mettant de basculer de manière définie une pièce autour d'un ou plusieurs axes prédéfinis. En particulier dans le domaine de la microtechnique de positionnement on connaît des moyens de fixation tels que par exemple des hexapodes, des plateaux ou des plates-formes basculantes. En outre, on connaît également des dispositifs d'alignement par bride selon la technique du vide. Dans le cas d'un mécanisme hexapode, on incline une plate-forme sur laquelle est fixée la pièce dans une position prédéfinie pour que les mouvements linéaires et de rotation dans l'espace de la plate-forme se fassent suivant six axes ou entretoises de longueur réglable reliés à la plate-forme. On dispose ainsi de six degrés de liberté ; chaque position prise par la plate-forme correspond à une combinaison définie des six axes. Par une commande simultanée des six axes on peut réaliser n'importe quelle succession de mouvement dans l'espace pour la plate-forme ou la pièce fixée sur celle-ci. Un tel dispositif à six axes est par exemple connu selon le document DE 296 18 149 U l. Les plateaux basculants fonctionnent selon un principe analogue de celui utilisé par les hexapodes à la différence qu'en général on ne dispose que de deux degrés de liberté définis par deux axes prévus dans le plan du plateau basculant et autour desquels le plateau peut bas-culer. Tous ces moyens et plateaux de fixation connus selon la technique de positionnement pour basculer des pièces ont en commun l'inconvénient de ne pouvoir s'utiliser que de façon limitée ou pas du tout lorsqu'il faut exercer une contrainte dynamique et statique importante sur la pièce, comme cela est le cas en technique d'essai des matériaux ou pour des outils électriques. Leur construction et conception ne permettent d'assurer qu'une très faible rigidité et une très faible tenue permanente vis-à-vis de sollicitations cycliques dans n'importe quel alignement avec des efforts maximaux élevés. Une autre difficulté est celle d'un changement de position de l'axe de la pièce une fois réglée soumise à des contraintes cycliques. But de l'invention Partant de cet état de la technique la présente invention a pour but de développer un dispositif de positionnement d'une pièce en po- sition inclinée ainsi qu'un poste d'essai par chocs permettant de subir de telles contraintes sans difficulté et sans que ne soit détériorée la précision du positionnement de la pièce. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un dispositif du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'unité de fixation a au moins un élément de couplage installé sur au moins un appui de l'unité d'actionnement, et l'appui est mobile par rapport à l'élément de couplage pour positionner l'unité de fixation avec la pièce dans une position inclinée. En d'autres termes le dispositif selon l'invention se caracté- rise par une unité de fixation logée dans un palier pour basculer autour d'au moins un axe de la pièce et comportant une unité d'actionnement qui bascule l'unité de fixation suivant un angle d'inclinaison défini autour de cet axe de la pièce en coopérant avec au moins un élément de couplage utilisant lui-même l'unité d'actionnement comme appui. Cet appui mobile par rapport à l'élément de couplage permet de positionner l'unité de fixation et la pièce dans une position inclinée correspondante. La base de l'invention se situe ainsi dans le découplage entre le moyen de fixation de la pièce et l'unité de basculement proprement dite. Cela permet de tenir une pièce comme par exemple un échantillon à contrôler d'une manière très rigide et très résistante vis-à-vis de la contrainte de frappe exercée en continu ou autre alternance de charge, et de basculer cette pièce d'une manière très précise dans la position souhaitée avant d'exercer une telle sollicitation qui peut correspondre à une sollicitation du contrôle permanent. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'élément de fixation est au moins pratiquement sous la forme d'une partie de rotule et notamment d'une rotule logée de manière mobile dans une coupelle de même rayon. L'appui exclusivement en surface de la rotule dans la cou-pelle permet d'assurer un appui très rigide tout en permettant à la rotule d'être mise dans n'importe quelle position inclinée résultant du bascule-ment combiné autour de chaque fois deux axes de l'espace qui se croisent. Selon un développement avantageux du dispositif de l'invention, l'élément de couplage est formé de deux tenons qui dépassent de la rotule et sont axialement opposés. Ces tenons eux-mêmes sont appuyés avantageusement sur la surface frontale axiale d'un anneau entourant au moins en partie la rotule. L'anneau sert alors d'appui pour les tenons et présente de préférence une surface axiale dont la surface supérieure est rodée de manière particulière, notamment avec une forme partiellement conique sur laquelle circulent les tenons lorsqu'on tourne l'anneau monté à rotation à l'intérieur de la base du dispositif comportant le palier de l'unité de palier. Selon un développement particulièrement avantageux du dispositif de l'invention, la rotule comporte un second élément de couplage sous la forme d'autres tenons qui sont également axialement opposés et sont décalés de 90 par rapport aux premiers tenons. De manière correspondante, comme indiqué ci-dessus, un second anneau entourant concentriquement le premier anneau forme avantageusement l'appui rigide pour les seconds tenons. La face frontale supérieure, axiale en position de montage a également une surface rodée de manière particulière de préférence de forme conique sur laquelle s'appuient les seconds tenons lorsque le second anneau tourne. Les deux anneaux sont avantageusement concentriques par rapport à la rotule et peuvent tourner indépendamment l'un de l'autre dans deux directions. Il apparaît ainsi que la rotation des anneaux soulève les tenons respectifs. Comme toutefois la rotule est montée exclusivement en rotation dans la coupelle, la zone supérieure ouverte de la rotule qui comporte l'unité de réception d'une pièce ou d'un échantillon est alors inclinée de façon correspondante. Grâce aux quatre tenons montés sur la rotule dans une position quasi cruciforme et qui circulent sur les surfaces frontales respecti- ves particulières des deux anneaux concentriques, la rotation des anneaux permet de réaliser un mouvement de basculement de la rotule qui se règle de manière très fine. Suivant les deux tenons qui s'appuient sur un anneau on peut basculer l'axe de la pièce dans des directions de l'espace indépendantes, décalées chaque fois de 90 . Cela permet de régler n'importe quelle position angulaire dans l'espace inférieure à l'angle maximum prévu par construction et cela avec une précision élevée d'au moins 0,1 . Il apparaît ainsi que par un choix approprié de la matière de la rotule, de la coupelle de la rotule et de l'unité de réception recevant la rotule, on réalise un dispositif de fixation extrêmement rigide et résistant qui permet en même temps d'assurer une grande précision du positionnement angulaire grâce à la cinématique très simple de basculement de la rotule ou de la pièce. Ainsi, selon l'invention, il est prévu d'intégrer un tel dispositif notamment comme moyen de fixation d'un échantillon dans un poste d'essai par chocs car de façon connue des contraintes dynamiques importantes sont exercées par la pièce sur l'unité de fixation ainsi que sur le palier et l'unité d'actionnement. Selon un développement avantageux de l'invention, il est prévu une garniture souple dans le segment supérieur de l'unité de fixation ou dans la rotule permettant de recevoir une unité de réception normalisée, interchangeable de façon à y loger n'importe quelle pièce ayant des dimensions différentes et de permettre de soumettre le dispositif à un contrôle. L'unité de réception interchangeable peut être fixée à l'aide d'une bride et de moyens de serrage correspondants avec la partie supérieure de la rotule pour être bloquée d'une manière imperdable. Si la rotule est fixée sur le dessus par une bride dont la face intérieure tournée vers la surface supérieure de la rotule a un contour concave de forme correspondante, lors du serrage de cette bride avec des moyens de serrage correspondants sur le socle qui comporte en son milieu la coupelle recevant la rotule, on réalise un palier stable pour la rotule. Entre la bride et le socle muni de la coupelle il faut laisser suffisamment d'espace dégagé pour permettre le mouvement des tenons lors de la rotation des anneaux. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus 35 détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en perspective partialement coupée d'un dispositif de fixation d'une pièce dans un poste d'essai aux chocs selon l'invention, la figure 2a est une vue schématique de principe de la possibilité de mouvement du dispositif de la figure 1 par un premier anneau, - la figure 2b est une vue schématique de principe de la possibilité de déplacement du dispositif de la figure 1 à l'aide d'un second anneau, - la figure 3 est une vue de dessus schématique de la disposition des anneaux pour réaliser les différentes directions de basculement du dispositif selon les figures 1, 2a, 2b. Description du mode de réalisation La figure 1 montre un poste d'essai aux chocs 1 comportant un dispositif 2 de positionnement d'une pièce dans une position inclinée, l'ensemble étant représenté schématiquement en perspective. Le dispositif 2 de positionnement d'une pièce 17 dans une position inclinée se compose principalement d'une unité de fixation 4 de la pièce 17; dans l'exemple représenté il s'agit d'un siège de soupape. Le dispositif comprend également un palier 5 recevant l'unité de fixation 4 pour la basculer autour d'au moins un axe de la pièce 3. La pièce de frappe 3 avec laquelle on sollicite la pièce 17 est présentée en vue schématique. Dans l'exemple représenté, l'unité de fixation est réalisée sous la forme d'une rotule 4 logée dans un palier 5 constitué par une cou-pelle. La coupelle 5 fait partie intégrante d'un socle 24. Le socle 24 du dispositif 2 se fixe à un appareil d'essai approprié par des moyens de serrage 25. La rotule 4 est tenue en position de montage dans la cou- pelle 5, au niveau de son côté supérieur par une bride 6. La bride 6 comporte à cet effet une face intérieure tournée vers la surface de la rotule qui est une surface 7 de forme concave de manière à recevoir la rotule 4 dans le dispositif 2 en lui permettant uniquement de tourner. La bride 6 est bloquée au socle 24 par des moyens de serrage 8. La rotule 4 comporte deux éléments de couplage sous la forme de tenons 9 et 10. Les tenons 9 et 10 sont par exemple logés par un siège ajusté dans une position en croix et parallèlement au socle 24 dans des canaux de réception réalisés dans la rotule 4 comme le montre la vue en coupe de la figure 1. Au lieu du siège ajusté on peut également visser les tenons. Les tenons 9 et 10 dépassent ainsi en position de montage, radialement vers l'extérieur des côtés de la rotule 4 et sont à chaque fois alignés axialement en regard l'un de l'autre comme le montre la vue de dessus de la figure 3. Par leur extrémité dépassant de la rotule 4, les premiers tenons 9 s'appuient sur un premier anneau extérieur 11 entourant la rotule 4 et servant d'appui à ces tenons 9. De façon correspondante, les seconds tenons 10 s'appuient sur un second anneau 12 logé radialement à l'intérieur du premier anneau 11 de façon adjacente à celui-ci et constituant ainsi un anneau intérieur. Les deux anneaux 11 et 12 qui constituent l'unité d'actionnement de l'unité de fixation avec la rotule 4 sont installés de manière concentrique et en rotation dans le socle 24. Selon les figures 2a, 2b et la vue de dessus de la figure 3, les anneaux 11, 12 ont sur chaque surface frontale 13, 14 des segments de surfaces coniques 15, 16 chaque fois adaptés sur lesquels glissent les tenons 9, 10 correspondants lorsqu'on fait tourner les anneaux 11, 12. Comme les tenons 9, 10 sont logés de manière fixe dans la rotule 4 et que la rotule 4 elle-même ne peut pas se déplacer dans n'importe quelle direction de l'espace suivant un mouvement linéaire du fait de son serrage par la bride 6, une rotation des anneaux respectifs 11, 12 entraîne la rotation des surfaces coniques 15, 16 sous les tourillons 9, 10 respectifs ce qui produit le soulèvement ou l'abaissement des tourillons 9, 10 et entraîne un mouvement de rotation précis de la rotule 4 à l'intérieur du palier; la pièce 17 à maintenir est ainsi positionnée dans une position inclinée correspondante. La figure 3 montre avec une flèche 26 une direction de basculement possible pour le mode de réalisation présenté et pour l'anneau intérieur 12 et avec une flèche 27, une direction de basculement possible pour l'anneau extérieur 11 comme cela est indiqué schématiquement. Il apparaît que la réalisation des surfaces supérieures 15, 16 sur les surfaces frontales 13, 14 des anneaux 11, 12 et l'ampleur de la rotation permet d'obtenir n'importe quelle inclinaison ou basculement de la rotule 4. Comme les deux tenons 9 sont associés à la bague exté- rieure 11 et que les deux tenons 10 perpendiculaires aux précédents sont associés à la bague intérieure 12, par la combinaison d'un basculement autour de deux axes différents dans l'espace on aura une inclinaison cor- respondante de la pièce 17 et un basculement correspondant de la pièce 17 autour de deux axes. Le côté supérieur de la rotule 4 comporte dans sa version actuelle, un moyen de réception pour différents composants. Le composant 17 est fixé sur le côté supérieur de la rotule 4 par l'intermédiaire d'une bride 9 comportant des moyens de serrage 20; la broche centrale 21 peut être utile pour centrer la bride 19. Du fait de la construction et de la commande cinématique simple par un mouvement relatif des anneaux 11, 12 par rapport aux tourillons 9, 10 de la rotule 4, un tel dispositif peut utiliser pour les différents composants des matériaux présentant une extrême rigidité et une tenue aux chocs ainsi qu'une résistance à la fatigue vis-à-vis des contraintes dynamiques, de sorte que le dispositif selon l'invention convient notamment pour une application à des véhicules automobiles. Un autre domaine d'application dans lequel un dispositif est exposé à des contraintes analogues et utilisable avantageusement pour un dispositif du type décrit ci-dessus est celui des outils électroportatifs. REVENDICATIONS 1 ) Dispositif de positionnement d'une pièce (17) dans une position inclinée, comprenant une unité de fixation (4) logée dans un palier (5) d'un socle (24) pour basculer autour d'au moins un axe de la pièce (17) et une unité d'actionnement qui bascule l'unité de fixation (4) suivant un angle d'inclinaison défini autour d'au moins un axe de la pièce (17), dans lequel l'unité de fixation (4) a au moins un élément de couplage (9, 10) installé sur au moins un appui (11, 12) de l'unité d'actionnement, et l'appui est mobile par rapport à l'élément de couplage (9, 10) pour positionner l'unité de fixation (4) avec la pièce (3) dans une position inclinée. 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de fixation est principalement une rotule (4) logée de manière mobile dans une coupelle (5) constituant le palier. 3 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de couplage (9, 10) est formé de deux tenons qui dépassent axialement de la rotule (4) dans des positions opposées. 4 ) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'au moins un appui est formé d'un anneau (11) qui entoure la rotule (4) et dont la surface frontale axiale (13) reçoit en appui les tenons (9). 5 ) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'anneau (11) peut tourner et sa face frontale (13) comporte au moins en partie une surface supérieure (15) de forme conique sur laquelle viennent d'appuyer les tenons (9) lorsqu'on fait tourner l'anneau (11). 6 ) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' un second anneau (12) est concentrique au premier anneau (11), et un second élément de couplage (10) est prévu sous la forme de deux tenons qui dépassent axialement dans des positions opposées de la rotule (4) et sont décalés de 90 par rapport aux premiers tenons (9), le second anneau (12) pouvant tourner et sa face frontale axiale (14) corn- porte au moins en partie une surface supérieure (16) de forme conique, sur laquelle viennent s'appuyer les seconds tenons (10) lorsqu'on tourne le second anneau (12). 7 ) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux anneaux (11, 12) peuvent tourner simultanément de manière dé-finie pour positionner la rotule (4) avec la pièce (17) dans une position inclinée définie par un basculement autour de deux axes de la pièce (17). 8 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'unité de fixation (4) comporte une garniture souple pour recevoir des pièces (17) différentes. 9 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la pièce (17) peut être serrée à l'unité de fixation (4) à l'aide d'une bride (19). 10 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une bride (6) peut être serrée au socle (24) pour recevoir l'unité de fixation (4) de manière mobile. 11 ) Poste d'essai aux chocs comportant un dispositif (2) pour le positionnement d'une pièce dans une position inclinée selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comme moyen de fixation d'une éprouvette (17).