Brevet FR2869252A1 — publié le 20051028

La présente invention concerne un principe de mise en équilibre statique indifférent d'une rallonge de transmission de couple de vissage pour mise en compliance * de l'élément vissant** à son extrémité. Le vissage assisté*** des éléments filetés dans un taraudage est réalisé 5 généralement par la chaîne des éléments suivant: (voir fig.1) É Un actionneur de vissage à moteur pneumatique ou électrique, voire manuel(4) installé à demeure ou amovible, portatif ou supporté mécaniquement. É Un élément de transmission de couple tournant suivant la direction de l'axe de vissage (1) équipé à chacune de ses extrémités d'un carré ou 6 pans standard mâle ou femelle servant à sa mise en rotation. É Une douille de vissage s'engageant dans la tête de vis ou l'écrou à visser(2). É L'élément à visser: soit la vis, soit l'écrou (6). L'une des difficultés principales rencontrée lors du vissage provient du léger désalignement angulaire et radial entre la vis et l'écrou. Le désalignement est dû à la dispersion de la chaîne de cotes entre le positionnement de la pièce (21) sur laquelle on vient visser d'une part, et le système de vissage d'autre part (23). Il existe 4 phases dans le vissage: É phase 1:l'approche: translation de la vis vers l'écrou suivant l'axe de vissage, accompagnée de la rotation ou non de la rallonge. É phase 2: l'embectage**** : moment de l'approche entre la vis et l'écrou où le filet de la vis s'engage dans celui de l'écrou par une rotation relative entre les 2 parties accompagnée d'une certaine pression suivant l'axe de vissage. É phase 3: le vissage proprement dit, mouvement hélicoïdal suivant le filet du système vis I écrou. É phase 4: le serrage de l'assemblage au couple prescrit. Le désalignement précédemment évoqué provoque des efforts parasites et divers défauts, allant de la non maîtrise du couple appliqué (dans la phase 3), jusqu'au mauvais engagement de la vis dans l'écrou (dans la phase 2). Il faut donc permettre à l'élément vissant**(6) un mouvement libre de compliance * angulaire et radial. Des systèmes existent, par exemple sur la base de ressorts de rappel de la rallonge (1) à sa position milieu. Ils ont souvent l'inconvénient de générer des efforts élastiques parasites dans le mouvement de compliance *(15). S'ils donnent satisfaction dans la phase d'approche, ils sont gênants dans la phase d'embectage.**** L'avantage du principe présenté ici est de pratiquement annuler les efforts parasites de compliance * en fournissant 2 degrés de liberté radiaux (15) dans un plan perpendiculaire à l'axe de vissage en extrémité de la rallonge de vissage. Cette liberté est obtenue par articulation de la rallonge autour de sa rotule (11). Le dispositif se compose de: (voir fig.1) É Un élément de transmission de couple (1) tournant suivant la direction de l'axe de vissage ( équipé à chacune de ses extrémités d'un carré ou 6 pans mâle ou femelle ou autre dispositif de transmission de couple). É Une liaison pivot (8) -suivant l'axe de vissage- entre la rallonge de transmission de couple (1) et la masse d'équilibrage (par exemple un roulement à billes) et comportant un arrêt axial. É Une masse d'équilibrage (9), qui est arrêtée en rotation (18) par rapport au bâti(23). É Un point rotulant (11) permettant l'articulation de la rallonge de 55 transmission sensiblement'à l'une de ses extrémités par rapport au bâti du système (23). É Un guidage en translation de ce point rotulant par rapport au bâti du système (23)dans l'axe théorique du vissage (17) pour accompagner la translation associée au mouvement d'approche et/ou de vissage. Pour annuler les efforts parasites, le principe du dispositif est de s'approcher de l'équilibre statique indifférent de l'ensemble mobile 1-26-8-9-11-18 autour du point rotulant (11). Pour cela, il faut amener le centre de gravité de l'ensemble mobile 1-2-68-9-11-18 sensiblement à proximité du point rotulant (11). Nota: Le centre de gravité n'est pas forcément confondu avec le point de rotule; pour des petits déplacements de compliance il peut ne pas être très proche du point de rotule mais se situer au dessus ou en dessous de lui et sensiblement à la verticale de ce point de rotule(11). La proximité de l'équilibre stable ou de l'équilibre instable convient. La réduction des efforts parasites obtenue est déjà très significative et suffisante pour beaucoup d'applications. De même, suivant les applications, on pourra choisir de privilégier l'équilibre avec ou sans l'élément vissant (6). L'équilibre statique de la partie tournante peut être obtenu avec ou sans accessoires ou transmission complémentaires liés à la rallonge (1), tels que: l'élément vissant (6), un système de télescopie intégré à la rallonge, un dispositif de supportage de la vis(6) afin d'éviter sa chute, etc.(éléments détaillés plus loin). exemple:L'utilisation d'une douille légèrement aimantée (2) peut faciliter la 80 tenue de la vis en acier(6) dans la douille(2) et favoriser l'alignement de la vis sur l'écrou (21) lors de l'approche avant contact vis/écrou. L'équilibre statique de la partie non tournante peut être obtenu avec ou sans accessoire complémentaire lié à la masselotte (9), tel que: un dispositif de supportage de la vis(6) pour éviter sa chute, un dispositif de centrage télescopique ou non sur la pièce (21),etc. .(éléments détaillés plus loin) Deux autres degrés de liberté(19) sont indispensables afin de résoudre le problème du désalignement angulaire des axes entre la vis et l'écrou. Il s'agit d'une mobilité angulaire supplémentaire entre l'élément vissant (6) et la rallonge (1). Elle est obtenue classiquement grâce au jeu dans le carré de transmission entre la rallonge (1)et la douille (2) d'une part, entre la douille (2)et la tête de vis (6) d'autre part, jeu qui autorise un certain rotulage, appelé effet cardan. Un autre avantage du principe présenté ici - en particulier par rapport aux solutions à ressort - est de réduire l'angle de désalignement -tel que ci-dessus - de la rallonge de vissage (1) par rapport à la vis (6) lorsqu'on doit rattraper des dispersions radiales importantes (15). Ceci est possible grâce à la longueur importante de la rallonge de vissage. La rallonge (1) présente une longueur adaptée à la valeur de la dispersion radiale(15) à reprendre -entre la vis(6) et l'écrou (21) -et à l'environnement mécanique. Plus la dispersion est importante et plus la longueur de la rallonge doit être importante, de façon à maintenir l'angulation relative de la rallonge, de la vis et de l'actionneur de vissage à une valeur compatible avec les dispositions constructives de transmission de couple entre la visseuse et la rallonge et entre la rallonge et la vis. D'une façon indépendante mais complémentaire aux dispositifs décrits ici, des formes particulières peuvent être utilisées pour réaliser la vis(6) et l'écrou(23) afin de faciliter les différentes phases du vissage; par exemple, un embout pilote non fileté en extrémité de la vis(6) d'un diamètre égal au diamètre intérieur de l'écrou facilite l'alignement vis / écrou au moment de l'embectage****. On utilise aussi parfois une mise en flottement de l'écrou par 110 rapport à la pièce (21) qui peut prendre la forme d'un écrou encagé. Une variante de conception (voir fig.2) consiste à réaliser le point de rotulage (11) confondu avec l'élément de transmission de couple en tête de visseuse (13) - par exemple un carré ou un 6 pans de transmission avec jeu calibré- et de réaliser le guidage en translation (17) de l'extrémité de la rallonge suivant la direction de l'axe de vissage non pas entre la rotule et le bâti (23), mais entre l'actionneur de vissage (4) et le bâti. Un exemple de réalisation du dispositif est présenté fig.3 Le système est représenté en cours de vissage de la vis (6) sur l'écrou (21). Il est représenté en coupe suivant un plan passant par l'axe de la rallonge de 120 vissage(1) et le plan médian de la masselotte (9). Dans cet exemple de réalisation, le pivot arrêté axialement(8)est réalisé par un roulement à billes arrêté par épaulement et circlips sur la rallonge(1), l'anti rotation (18) est effectué par contact du support prismatique reliant le roulement à la masselotte qui passe à travers une rainure sur toute la hauteur du guide tubulaire (25). Suivant l'actionneur de vissage utilisé, on a 2 cas: a)-Si l'actionneur de vissage est tenu manuellement, on se rattache à la configuration de la fig 1: le guidage en translation dans l'axe théorique du vissage (17) est effectué par le contact du support masselotte cylindrique dans le tube(25) formant support. La fonction rotule (11) est simplement obtenue grâce à un léger jeu radial au niveau de ce contact permettant l'inclinaison (15). b)-Si l'actionneur de vissage est une visseuse guidée en translation, on se rattache à la configuration de la fig 2: le guidage en translation dans l'axe théorique du vissage (17) est effectué par la visseuse (4), on prévoit un certain jeu entre le support masselotte et le tube (25) et le point de rotulage s'effectue au niveau du 6 pans en tête de visseuse(13), qui présente un jeu calibré avec l'embout d'extrémité de le rallonge (1). Il peut y avoir ou non plusieurs adaptations annexes (citées pour information et valables séparément ou combinées dans certaines configurations seulement) : exemple fig. 4: en position de repos, la rallonge de vissage peut être recentrée (16) afin d'éviter tout mouvement parasite lors de la mise en place de la vis (6) sur la douille(2). C'est le mouvement de translation fourni par l'actionneur de vissage (4) qui sort la rallonge de sa position de repos et la place en configuration de compliance* (voir fig.3). Il peut aussi exister un limiteur d'amplitude du mouvement de compliance*(15 et 145 16) (voir fig.3), ici réalisé par le jeu entre la rallonge (1) et le fourreau tubulaire (24) en jouant sur la valeur de leur diamètre respectif. Les principes de cette invention sont valables pour tous les angles d'inclinaison alpha (fig.1) de l'axe de vissage par rapport à la verticale: horizontal, incliné vers le bas, incliné vers le haut, d'un angle quelconque par rapport à la verticale. La fig.5 représente le dispositif pour l'angle alpha 90 juste avant que la vis s'aligne dans la pièce(21). La fig.6 montre la configuration variante avec écrou(6) sur la rallonge (1) et la vis liée à la pièce (21). cette configuration est équivalente à celle des fig 1, fig 2, fig 3, fig 4 en inversant simplement la vis et l'écrou, ceci ne changeant rien aux principes décrits. Détails explicatifs des accessoires complémentaires tournants liés à la rallonge (voir fig 7 et 8), la masselotte équilibre également ces accessoires: fig 7: système de télescopie (32) de la rallonge (1) pouvant faire varier sa longueur sous un certain effort axial tout en autorisant la transmission de couple ou non lorsque le télescope est enfoncé. fig 8: support de vis (33) assurant le maintien de la vis pendant la phase d'approche avant pénétration dans la pièce (21) ; ce système peut être escamotable ou non. Détails explicatifs des accessoires complémentaires non tournants liés à la masselotte:(voir fig 9 et 10), la masselotte équilibre également ces accessoires: fig 9: dispositif support de vis (31) : on peut installer ce type de dispositif pour éviter l'inclinaison vers le bas de la vis (6) du fait de son poids dans la phase 170 d'approche vers l'écrou. fig 10: on a représenté un centreur(34) ; grâce à ce système, on précentre la rallonge(1)et donc la vis (6) par rapport à la pièce (21) par l'intermédiaire du pivot(8). L'avantage d'un centreur est d'autoriser un rattrapage de dispersion au moment de l'introduction de la vis dans l'écrou plus important que le rattrapage possible par le seul rayon de la vis se présentant dans l'écrou (a > b). Détails explicatifs des accessoires complémentaires à la fois tournants et non tournants liés à la rallonge et à la masselotte; la masselotte équilibre également ces accessoires (voir fig. 11). fig. 11: rallonge de transmission coudée à cardans. La rallonge (1) est réalisée en 3 tronçons reliés par cardan ou équivalent(37) de façon à ce que la direction de sortie de l'élément vissant (6) soit parallèle à la direction d'entrée du pivot (8) avec un décalage de valeur A. Le dernier tronçon de la rallonge (1) est guidé par une liaison pivot rattachée à la masselotte (36). Cette disposition est particulièrement indiquée pour atteindre un point de vissage difficilement accessible dans un environnement encombré ou dans le cas de points de vissage très proches les uns des autres. La réalisation du dispositif peut prendre différentes formes technologiques: les fonctions décrites ci-avant peuvent être réalisées de différentes façons. La fonction inventive porte sur le principe d'équilibrage c'est à dire l'assemblage pivot-rallonge-masselottecoulisseau. Un exemple d'une autre forme technologique possible est donné fig. 12, forme qu'on peut appeler l'affût de canon , et qui est décrite ciaprès: la rotule(11) est réalisée par un essieu rigide à 2 roues indépendantes(35)-situées de part et d'autre du point rotulant théoriquequi roulent sur des chemins de roulement (17), ce qui constitue par la même occasion un coulisseau pour l'ensemble mobile (17) parallèle à l'axe de vissage et l'antirotation(18) de la masselotte. Le pivot (8) et la masselotte (9) sont solidaires de l'essieu reliant les 2 roues. On obtient ainsi l'équivalent des 3 degrés de liberté pour la rallonge correspondant à la rotule et le 4ème correspondant au coulissement de l'ensemble rotule + rallonge dans la direction de l'axe de vissage, ces degrés de liberté équilibrés statiquement étant la caractéristique de l'invention. glossaire: *compliance: degré de liberté autorisant une adaptation géométrique entre 205 2 pièces en interface lors de leur assemblage. **l'élément vissant: vis ou écrou, ou pièces en faisant office. ***vissage assisté : vissage non direct intégré dans un processus de montage; opposé à vissage direct, où l'actionneur de vissage (4)agit directement sur l'élément à visser(6) par l'intermédiaire d'une simple 210 douille(2). ****embectage: moment de l'approche entre la vis et l'écrou où le filet de la vis s'engage dans celui de l'écrou par une rotation relative entre les 2 parties. -6-REVENDICATIONS. 1) dispositif pour mettre en équilibre statique indifférent une rallonge de transmission de couple de vissage caractérisé en ce qu'il est composé de: É Un élément de transmission de couple (1) tournant suivant la direction de l'axe de vissage (équipé à chacune de ses extrémités d'un carré ou 6 pans mâle ou femelle ou autre dispositif de transmission de couple). É Une liaison pivot (8) -suivant l'axe de vissage- entre la rallonge de transmission de couple (1) et la masse d'équilibrage et comportant un arrêt axial. É Une masse d'équilibrage (9), qui est arrêtée en rotation (18) par rapport au bâti(23). É Un point rotulant (11) permettant l'articulation de la rallonge de transmission sensiblement à l'une de ses extrémités par rapport au bâti du système (23). É Un guidage en translation de ce point rotulant par rapport au bâti du système (23)dans l'axe théorique du vissage (17) pour accompagner la translation associée au mouvement d'approche et/ou de vissage. et dont le centre de gravité de l'ensemble mobile 1-2-6-8-9-11 est proche du point rotulant (11), ce qui assure un équilibre statique indifférent de 20 l'ensemble mobile 1-2-6-8-9-11 autour de ce point rotulant (11). 2) dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le point pivot rotulant (11) est confondu avec le point de transmission du couple en tête de visseuse (13) et en ce que le guidage en translation (17) de l'extrémité de la rallonge suivant la direction de l'axe de vissage est réalisé non pas entre la rotule et le bâti (23), mais entre l'actionneur de vissage (4) et le bâti. 3) dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que le centre de gravité de l'ensemble mobile 1-2-6-8-9-11 n'est pas très proche du point de rotule(11) mais se situe au dessus ou en dessous de lui et sensiblement à la verticale de ce point de rotule(11). 4) principe selon les revendications ci-dessus caractérisé en ce que le dispositif est valable pour tous les angles alpha d'inclinaison de l'axe de vissage par rapport à la verticale: horizontal, incliné vers le bas, incliné vers le haut, ou d'un angle quelconque par rapport à la verticale. 5) principe selon les revendications ci-dessus caractérisé en ce que le dispositif est valable pour la configuration variante avec écrou(6) sur la rallonge (1) et la vis liée à la pièce (21). Cette configuration est équivalente à celle des fig 1, fig 2, fig 3, fig 4 en inversant simplement la vis et l'écrou. 6) principe selon les revendications ci-dessus caractérisé en ce que le dispositif est valable avec un système de télescopie(32) de la rallonge (1) pouvant faire varier sa longueur sous un certain effort axial tout en autorisant la transmission de couple ou non lorsque le télescope est enfoncé. 7) principe selon les revendications ci-dessus caractérisé en ce que le dispositif est valable avec un support de vis (33) assurant le maintien de la vis pendant la phase d'approche avant pénétration dans la pièce (21) , ce système pouvant être escamotable ou non. 8) principe selon les revendications ci-dessus caractérisé en ce que le dispositif est valable avec l'utilisation d'une douille aimantée (2). 9) principe selon les revendications ci-dessus caractérisé en ce que le 50 dispositif est valable avec un dispositif support de vis non tournant (31) solidaire de la masselotte. 10) principe selon les revendications ci-dessus caractérisé en ce que le dispositif est valable avec un centreur(34) dont l'objet est de précentrer la rallonge(1)et donc la vis (6) par rapport à la pièce (21) par l'intermédiaire du pivot(8). 11) principe selon les revendications ci-dessus caractérisé en ce que le dispositif est valable avec une rallonge de transmission coudée à cardans. La rallonge (1) est réalisée en 3 tronçons reliés par cardan ou équivalent(37) de façon à ce que la direction de sortie de l'élément vissant (6) soit parallèle à la direction d'entrée du pivot (8) avec un décalage de valeur A. Le dernier tronçon de la rallonge (1) est guidé par une liaison pivot rattachée à la masselotte (36). 12) principe selon les revendications ci-dessus caractérisé en ce que en position de repos, la rallonge de vissage peut être recentrée (16). C'est le mouvement de translation fourni par l'actionneur de vissage (4) qui sort la rallonge de sa position de repos et la place en configuration de compliance*. 13) principe selon les revendications ci-dessus caractérisé en ce que le dispositif est valable avec un limiteur d'amplitude (16) du mouvement de compliance*(15), ici réalisé par le jeu entre la rallonge (1) et le fourreau tubulaire (24) en jouant sur la valeur de leur diamètre extérieur / intérieur respectif. 14) principe selon les revendications ci-dessus caractérisé en ce que le dispositif est valable pour différentes formes technologiques de réalisation, par exemple une forme qu'on peut appeler l'affût de canon qui est caractérisée par le fait que la rotule(11) est réalisée par un essieu rigide à 2 roues indépendantes (35) situées de part et d'autre du point rotulant théorique qui roulent sur des chemins de roulement (17) et qui forment par la même occasion un coulisseau (17) pour l'ensemble mobile, parallèle à l'axe de vissage et l'anti-rotation (18) de la masselotte. Le pivot (8) et la masselotte (9) sont solidaires de l'essieu reliant les 2 roues. 15) principe selon les revendications ci-dessus caractérisé en ce que le dispositif est valable avec toutes les formes particulières qui peuvent être utilisées pour réaliser la vis(6) et l'écrou(21) afin de faciliter les différentes phases du vissage; exemple: un embout pilote non fileté en extrémité de la vis(6) d'un diamètre égal au diamètre intérieur de l'écrou facilite l'alignement vis / écrou au moment de l'embectage**** et I ou une mise en flottement de l'écrou par rapport à la pièce (21) qui peut prendre la forme d'un écrou encagé.