Brevet FR2898649A1 — publié le 20070921

La présente invention est relative à un pivot à liaisons flexibles comprenant des première et deuxième pièces identiques et mobiles en rotation d'angle limité l'une par rapport à l'autre autour d'un' axe commun, contre l'action d'au moins une lame de ressort de rappel présentant des premier et deuxième talons ancrés dans lesdites première et deuxième pièces, respectivement. Des pivots de ce type sont utilisés dans de nombreuses applications où un appareil ou organe est monté de manière à être mobile en rotation sans frottement dans un angle de faible ouverture, sous force de rappel. A titre d'exemple de tels appareils ou organes on peut citer des aiguilles indicatrices d'instruments de mesure, des miroirs oscillants, des plateaux de balances, etc.... Le brevet français n 2 797 923 aux noms du Centre National d'Etudes Spatiales et de BE System Etudes et Réalisations décrit un tel pivot dans lequel chacune des deux pièces identiques, partiellement engagées l'une dans l'autre est formée de première et deuxième parties disposées dans le prolongement l'une de l'autre, sur un même axe. La première partie présente une surface extérieure cylindrique de révolution et elle est creusée d'un évidement sensiblement hémicylindrique. La deuxième partie prend la forme d'un pied de forme extérieure sensiblement hémi-cylindrique. Les pièces sont glissées axialement l'une dans l'autre de manière que le pied de l'une soit logé dans l'évidement sensiblement hémi- cylindrique de l'autre. Le pied et l'évidement sont dimensionnés de manière à autoriser des rotations relatives des deux pièces, d'angle limité. Deux lames de ressort dont les plans se croisent sur l'axe commun des deux pièces assemblent élastiquement celles-ci pour développer un couple de rappel lorsque la position angulaire relative de ces pièces autour de leur axe commun s'écarte d'une position d'équilibre. Chacune des lames présente des première et deuxième extrérnités ancrées par coincement dans les première et deuxième pièces du pivot, respectivement. Ce coincement est assuré par des goupilles forcées dans des logements prévus dans ces pièces. Un tel ancrage par coincement est avantageux en ce qu'il n'altère pas les caractéristiques mécaniques des lames, contrairement à une fixation classique par soudure ou brasure. On a cependant observé que l'ancrage par coincement, pour être efficace, doit sensiblement déformer les pièces qui reçoivent les lames. Cela peut modifier défavorablement la géométrie d'interface des pièces, la position des plans d'appui des lames et finalement altérer la coaxialité des pièces. Du fait de la précision requise pour le positionnement et l'usinage des logements qui reçoivent les goupilles, il est en outre difficile de garantir la valeur de l'effort de serrage des lames par coincement. On a aussi proposé d'assurer la solidarisation des lames flexibles et des pièces qu'elles assemblent par engagement d'un talon de la lame dans une rainure formée dans la pièce et collage de ce talon dans cette rainure. Cependant, les géométries de rainure connues pèchent notamment par défaut d'étanchéité vis-à-vis du produit adhésif initialement fluide utilisé pour l'opération de collage, par défaut de guidage des lames ou encore par un collage unilatéral insuffisant de la lame. La présente invention a donc pour but de réaliser un pivot à lames flexibles non affecté des limitations ou inconvénients mentionnés ci-dessus. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un pivot à liaisons -flexibles comprenant des première et deuxième pièces identiques mobiles en rotation d'angle limité l'une par rapport à l'autre autour d'un axe commun (X), contre l'action d'au moins une lame de ressort de rappel présentant des premier et deuxième talons ancrés dans des logements formés dans les première et deuxième pièces, respectivement, ce pivot étant remarquable en ce qu'au moins un des logements comprend des moyens de guidage du talon associé, propres à maintenir le talon à l'écart de parois adjacentes du logement, en définissant ainsi deux canaux parallèles disposés de part et d'autre du talon, le talon étant noyé dans un produit adhésif durci coulé à l'état fluide dans les canaux. Comme on le verra plus loin en détail, un tel assemblage du talon à la pièce permet de respecter parfaitement la géométrie de la pièce, et celle de son assemblage avec l'autre pièce du pivot, tout en supprimant les inconvénients mentionnés ci-dessus des liaisons par collage ou coincement connues. Selon d'autres caractéristiques, optionnelles, de la présente invention : - les moyens de guidage comprennent une fente raccordant le logement à une surface cylindrique interne d'axe (X) de la pièce, la fente étant traversée par le talon et présentant une largeur sensiblement égale à l'épaisseur du talon, - les moyens de guidage comprennent en outre une rainure creusée dans une paroi du logement, en regard de la fente, pour accueillir et guider une bordure d'extrémité du talon, - les canaux sont symétriques par rapport au plan moyen du talon et présentent une profondeur constante, - le logement est formé dans une pièce s'étendant axialement entre deux bases et les canaux débouchent sur au moins une des bases, - le produit adhésif est choisi dans le groupe formé par : les résines époxy, les résines acryliques et les résines polyuréthane, - le pivot comprend deux lames conformées en "H" et en ""O"" respectivement, de manière à pouvoir être passées l'une dans l'autre selon deux plans sécants définissant l'axe (X) du pivot, une des branches de la lame en "H" étant raccourcie pour faciliter son insertion dans la lame en "0", - les pièces comportent chacune une partie mâle et une partie femelle 10 adjacentes de manière à pouvoir être engagées coaxialement tête-bêche l'une dans l'autre, - la partie mâle de l'une quelconque des pièces et la partie femelle de l'autre pièce comportent des surfaces de butée complémentaires délimitant le débattement angulaire maximum des deux pièces l'une par rapport à l'autre. 15 L'invention fournit aussi un procédé de fabrication du pivot suivant lequel, pour ancrer un talon de lame dans le logement associé, on insère le talon dans le logement et on coule ensuite un produit adhésif fluide durcissable dans les canaux du logement de manière à noyer ainsi le talon dans le produit adhésif. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à 20 la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel : la figure 1 est une vue perspective d'un mode de réalisation préféré du pivot suivant la présente invention, - la figure 2 est une vue perspective d'une des deux pièces,ou manchons, identiques constituant, avec deux lames flexibles d'assemblage également visibles 25 sur cette figure, le pivot de la figure 1, - la figure 3 représente, en vue perspective, ces deux lames dégagées des manchons, dans leur position relative d'équilibre, - les figures 4 et 5 sont des vues en élévation de ces deux lames, et - la figure 6 est une vue en plan agrandie du détail A de la figure 1. 30 On se réfère maintenant aux figures 1 à 6 du dessin annexé pour décrire la structure du pivot suivant la présente invention. Celui-ci comprend deux pièces, ou manchons, identiques 1, 2 conformées chacune comme celle représentée à la figure 2, ces deux pièces étant engagées coaxialement tête-bêche l'une dans l'autre suivant un axe commun X, comme représenté à la figure 1. Un tel agencement est 35 connu du brevet cité en préambule de la présente description. Comme cela apparaît sur la figure 2, la pièce 1 comprend deux parties la et lb agencées coaxialement côte-à-côte, ces parties étant dites mâle et femelle respectivement, pour une raison qui apparaîtra dans la suite. La partie mâle la est sensiblement hémicylindrique d'axe X alors que la partie 1 b présente une surface extérieure cylindrique de révolution, coaxiale à la surface externe de la partie hémicylindrique la. La partie lb est aussi creusée d'un évidement sensiblement hémicylindrique dimensionné pour accueillir la partie mâle 2a de la pièce 2 (cachée dans la partie 1 b de la pièce 1 sur la vue de la figure 1), avec un jeu angulaire maximum limité. Celui-ci est défini par la mise en contact de surfaces de butée planes et axiales formées sur la partie mâle d'une des deux pièces, avec des surfaces de butée associées formées dans l'évidement de l'autre pièce qui reçoit cette partie mâle. Sur la figure 1 on voit ainsi les surfaces de butée 3, 3' formées sur la partie mâle la de la pièce 1 et les surfaces de butée 4, 4' formées dans l'évidement de la partie 2b de la pièce 2. Les mises en butée des surfaces 3 et 3', ou 4 et 4', définissent les lirnites des rotations relatives des pièces 1 et 2, et donc l'amplitude du débattement angulaire maximum de ces deux pièces. Un choix approprié de l'angle des surfaces 3, 3' d'une part, 4, 4' d'autre part, permet de régler cette amplitude à une valeur prédéterminée. Toutes ces dispositions sont connues du brevet précité, auquel on pourra se reporter pour plus de détail sur celles-ci. Toujours de manière connue, la rotation d'une pièce par rapport à l'autre se fait sous force de rappel. Celle-ci est exercée par deux lames de ressort 5 et 6 qui couplent les deux pièces 1 et 2 et qui peuvent prendre les formes générales d'un ""O"" et d'un "H", comme représenté sur les vues en plan des figures 4 et 5. Ces formes permettent de passer la lame 6 dans l'évidement de la lame 5, comme le montre la figure 3 qui représente l'agencement relatif des lames, au repos, entre les pièces 1 et 2. On remarquera le raccourcissement de la branche 6a de la lame 6, conçu pour faciliter le passage de cette lame dans la lame 5. Comme on le verra plus loin, ces lames présentent des parties actives en flexion autour de l'axe X du pivot suivant l'invention, délimitées par des traits interrompus sur les figures 4 et 5. Les parties actives de ces lames 5 et 6, coupées par l'axe X, sont repérées 53 et 54 sur la figure 4, 63 sur la figure 5, respectivement. Les parties 51, 52 de la lame 5 et les parties 61, 62 de la lame 6, qui sont parallèles et écartées de l'axe X, constituent des talons conçus pour être ancrés dans des logements 71,72 et 8,,,82 formés dans les pièces 1 et 2 respectivement, comme représenté aux Figures 1 et 2. Ces logements prennent la forme de rainures qui s'étendent sur toute la longueur axiale des pièces 1 et 2 et qui débouchent sur les deux bases distantes axialement de chaque pièce. Elles s'étendent aussi radialement dans ces pièces sur une profondeur sensiblement égale à la largeur des talons qu'elles accueillent. C'est ainsi que les talons 51 et 52 de la lame 5 sont ancrés dans les logements 71 et 82 des pièces 1 et 2 respectivement, alors que les talons 61 et 62 de la lame 6 sont ancrés dans des logements 72 et 81 de ces pièces 1 et 2, respectivement. Comme représenté aux figures 2 et 3, en l'absence de toute sollicitation, les plans des lames 5 et 6 sont sécants, avantageusement perpendiculaires, selon l'axe X. On comprend que l'application d'un couple d'axe X entre les pièces 1 et 2, tendant à faire tourner l'une de celles-ci par rapport à l'autre, provoque le fléchissement des deux lames et donc l'apparition d'un couple de rappel des deux pièces à leur position relative d'origine. L'ajustement de la concentricité des pièces 1 et 2, et la conservation de cette concentricité lors des flexions des lames de ressort, sont évidemment essentielles lorsque le pivot suivant l'invention est intégré à un mécanisme de précision, comme c'est le cas par exemple quand ce pivot supporte un miroir tournant faisant partie d'un appareil de mesures interférométriques. L'axe X du pivot n'étant défini que géométriquement, par l'intersection des plans moyens des lames 5 et 6, on comprend que la précision de l'alignement des pièces 1 et 2 dépend étroitement de la précision du positionnement des lames dans les logements des pièces 1 et 2 dans lesquelles elles sont ancrées. La présente invention a notamment pour but de fournir des moyens permettant d'obtenir un alignement de haute précision des pièces 1 et 2, satisfaisant aux standards en vigueur dans les industries de pointe telles que les industries spatiales par exemple. On se réfère à la figure 6 du dessin annexé, qui est une vue agrandie du détail A de la figure 1, pour décrire les caractéristiques des logements des talons des lames du pivot suivant la présente invention. Sur cette vue apparaît clairement la géométrie du débouché du logement 81 d'un talon de la lame 6 sur une base de la pièce 2. Cette géométrie est conforme à celle de la section droite courante de ce logement ainsi, avantageusement, qu'à celle des autres logements. Sur cette vue il apparaît que cette section droite du logement est de forme généralement rectangulaire, centrée sur un rayon de la partie cylindrique 2b de la pièce 2. Suivant une caractéristique de la présente invention, le logement 81 comprend des moyens de guidage 9,10 du talon 61 qu'il reçoit, agencés sur le rayon sur lequel il est centré de manière à maintenir ce talon sur ce rayon, sensiblement à égales distances des parois du logement qui sont parallèles au talon. Le talon 61 sépare ainsi dans le logement 81 deux canaux parallèles 11 a et 11 b propres à être comblés par un produit adhésif durci, comme on le verra plus loin. On remarquera que ces canaux sont symétriques par rapport au talon et présentent une profondeur constante. Ces moyens de guidage comprennent une fente 9 s'étendant dans la pièce 2 sur toute la longueur du logement 81 pour faire déboucher ce dernier sur une surface cylindrique interne 12 de la pièce 2 et autoriser ainsi l'insertion du talon 61 dans le logement 81 pendant l'assemblage du pivot suivant l'invention, comme on le verra plus loin. La largeur de cette fente 9 est sensiblement égale à l'épaisseur de la lame 6, en fait légèrement supérieure, de manière à permettre l'insertion sans contrainte du talon de la lame 6 dans le logement 81, à travers la fente. En outre, le léger jeu ainsi présent entre le talon et la fente permet de positionner précisément ce talon dans son logement pendant les opérations d'assemblage du pivot, de manière à obtenir un alignement parfait des deux pièces du pivot. Le guidage et le maintien du talon dans ce plan médian est assuré, d'une part, par cette fente et, d'autre part, par la présence en fond de logement d'une rainure de guidage 10 elle aussi centrée dans le plan médian du logement 81. Cette rainure est creusée dans ce fond pour accueillir la bordure d'extrémité du talon 61 en fin d'insertion de celui-ci dans le logement 81. La rainure 10 est de largeur sensiblement égale à celle de la fente 9 pour les raisons données ci-dessus. On comprend que les fentes et rainures des logements des talons des lames du pivot suivant l'invention permettent de disposer très précisément ces lames sur les pièces qu'elles couplent, et donc d'obtenir un parfait alignement de ces pièces sur un même axe pendant les opérations d'assemblage du pivot. Pour réaliser cet assemblage on engage les lames 5, 6 dans les logements correspondants des deux pièces 1, 2 du pivot, montées tête-bêche l'une dans l'autre. A l'aide de moyens de montage appropriés, on règle finement les positions des lames et des pièces de manière à obtenir une parfaite coaxialité de ces dernières. On coule ensuite un produit adhésif à l'état fluide dans les canaux délimités dans ces logements, par des extrémités ouvertes de ces canaux, en veillant à combler ceux-ci. L'étanchéité des canaux au niveau de la fente 9 est assurée par l'étroitesse du jeu (quelques centièmes de mm) demeurant entre le talon de lame passé dans cette fente et les bords de celle-ci ainsi que par la viscosité du produit adhésif à l'état fluide. Le durcissement de ce produit assure la fixation définitive des lames dans les logements qui accueillent leurs talons. De nombreux matériaux pourront être utilisés pour réaliser le pivot suivant l'invention en fonction de sa destination, au choix du concepteur. A titre d'exemple illustratif et non limitatif seulement, on décrit dans la suite un mode de réalisation de ce pivot plus particulièrement conçu pour être utilisé dans une ambiance spatiale, au sein d'un instrurnent de mesure comportant un organe soumis à des oscillations angulaires de fréquence élevée, comme c'est le cas d'un miroir oscillant dans l'application interférométrique évoquée plus haut. Les pièces, ou manchons, 1 et 2 sont réalisées en un matériau tel qu'un acier, rigide et résistant afin de limiter ses déformations et d'offrir une bonne tenue sous sollicitations. Son coefficient de dilatation thermique est avantageusement proche de celui du matériau constituant les lames de ressort afin de limiter les contraintes therrniques subies, notamment dans l'espace. Ce matériau est de préférence susceptible d'être découpé par électroérosion au fil pour l'usinage de la pièce. Les lames sont avantageusement réalisées en un acier inoxydable, trempé et vieilli, ou en un alliage de cuivre et de béryllium de manière à présenter l'élasticité requise ainsi qu'une bonne résistance à la fatigue propre à garantir une durée de vie suffisante au pivot. Son module d'élasticité doit être élevé pour donner aux lames une grande résistance au flambage, pour une épaisseur de lame déterminée. Bien entendu d'autres matériaux convenables, plastiques ou composites pourront être sélectionnés, au choix du concepteur. Le produit adhésif utilisé est une colle structurale thermodurcissable telle qu'une résine polyuréthane, époxy ou acrylique. Dans l'application spatiale mentionnée plus haut, elle sera choisie dans les " listes spatiales" éditées par l'ESA ou la NASA, de préférence parmi les résines époxy listées, à faible taux de dégazage et résistantes à une température absolue de 4 K. On remarquera à cet égard que la géométrie des canaux 11a et 11b assurent aux cordons de colle reçus dans ces canaux une épaisseur constante et calibrée. II est alors aisé de calculer précisément les dimensions de ces canaux qui sont propres à donner à la colle durcie une résistance au cisaillement assurant une résistance à l'arrachement des lames fixée par un cahier des charges. On a pu ainsi réaliser, pour une application spatiale, un pivot d'une longueur axiale de l'ordre de 20 mm et d'un diamètre de l'ordre de 10 mm. Les lames de ressort présentent une épaisseur de l'ordre de 0,1 mm, pour une distance entre appuis (soit entre talons) de 3 à 4 mm, ces dimensions étant fixées par la raideur de torsion imposée par le cahier des charges et par la tenue au flambage sous des torseurs d'efforts spécifiés dans ce cahier. Le jeu laissé entre les lames et les moyens de guidage 9, 10 est de quelques centièmes de mm. Les parties actives, ou poutres, des lames, sont respectivement d'une largeur de 4mm pour les parties 53, 54 de la lame 5, et d'une largeur double pour la partie 65 de la poutre 6. Les talons sont d'une largeur de l'ordre de 2 à 3 mm, correspondant à la profondeur des logements qui les reçoivent. Cette largeur est fonction de la contrainte de cisaillement maximale qui doit être supportée par les cordons de colle contenus dans les canaux 11 a et 11 b et des torseurs d'efforts subis. II apparaît maintenant que l'invention permet d'atteindre le but annoncé, à savoir réaliser un pivot à liaisons flexibles du type décrit en préambule de la présente description, dans lequel les deux pièces couplées par les lames de ressort sont alignées avec une grande précision, et ceci grâce aux moyens prévus pour guider ces lames ainsi qu'au léger jeu qui permet d'affiner la position de ces lames dans ces moyens avant la fixation par collage des lames du pivot suivant l'invention. On observera que l'assemblage du pivot est réalisé sans que les pièces 1, 2 n'aient à supporter des efforts susceptibles de les déformer, au détriment de la qualité de leur alignement. Les tolérances d'alignement de ces pièces ne dépendent que de la précision de l'outillage utilisé pour les assembler. On observera encore que l'encombrement réduit des logements des talons des lames permet de minimiser le diamètre du pivot et donc aussi sa masse. Egalement, la maîtrise dont on dispose de l'épaisseur des cordons de colle permet de fiabiliser la résistance des assemblages des lames de ressort et des pièces. On remarquera encore que le pivot suivant l'invention est de structure particulièrement simple, ne comptant que quatre éléments. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode réalisation décrit et représenté, qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que l'invention est évidemment applicable à des pivots d'autres types connus, dans lesquels les pièces assemblées par les lames de ressort ne sont pas conformées pour être emmanchées l'une dans l'autre tête-bêche, ou encore dans lesquels les lames de ressort sont de géométries et/ou en nombre différents. REVENDICATIONS 1. Pivot à liaisons flexibles comprenant des première (1) et deuxième (2) pièces identiques mobiles en rotation d'angle limité l'une par rapport à l'autre autour d'un axe commun (X), contre l'action d'au moins une lame (5,6) de ressort de rappel présentant des premier (51,61) et deuxième (52,62) talons ancrés dans des logements (71, 72 ; 82, 81) formés dans lesdites première (1) et deuxième (2) pièces, respectivement, caractérisé en ce qu'au moins un desdits logements (71, 72 ; 82, 81) comprend des moyens de guidage (9, 10) du talon associé, propres à maintenir ledit talon à l'écart de parois adjacentes dudit logement (71, 72 ; 82, 81), en définissant ainsi deux canaux parallèles (11 a, 11 b) disposés de part et d'autre dudit talon, ledit talon étant noyé dans un produit adhésif durci coulé à l'état fluide dans lesdits canaux (11 a, 11 b). 2. Pivot conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage comprennent une fente (9) raccordant ledit logement (71, 72 ; 82, 81) à une surface cylindrique interne (12) d'axe (X) de ladite pièce (1 ; 2), ladite fente (9) étant traversée par ledit talon et présentant une largeur sensiblement égale à l'épaisseur dudit talon. 3. Pivot conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage comprennent en outre une rainure (10) creusée dans une paroi dudit logement (71, 72 ; 82, 81), en regard de ladite fente (9), pour accueillir et guider une bordure d'extrémité dudit talon. 4. Pivot conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits canaux (11a, 11b) sont symétriques par rapport au plan moyen dudit talon et présentent une profondeur constante. 5. Pivot conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ledit logement (71, 72 ; 82, 81) est formé dans une pièce (1 ; 2) s'étendant axialement entre deux bases, caractérisé en ce que lesdits canaux (11 a, 11 b) débouchent sur au moins une desdites bases. 6. Pivot conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le produit adhésif est choisi dans le groupe formé par : les résines époxy, les résines acryliques et les résines polyuréthane. 7. Pivot conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend deux lames conformées en "H" et en ""O"" respectivement, de manière à pouvoir être passées l'une dans l'autre selon deuxplans sécants définissant ledit axe (X) du pivot, une des branches de la lame en "H" étant raccourcie pour faciliter son insertion dans la lame en ""O"". 8. Pivot conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites pièces (1; 2) comportent chacune une partie mâle (la; 2a) et une partie femelle (1 b ; 2b) adjacentes de manière à pouvoir être engagées coaxialement tête-bêche l'une dans l'autre. 9. Pivot conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que la partie mâle (la; 1b) de l'une quelconque desdites pièces (1; 2) et la partie femelle (2a; 2b) de l'autre pièce comportent des surfaces de butée complémentaires (3, 4 ; 3', 4') délimitant le débattement angulaire maximum des deux pièces (1; 2) l'une par rapport à l'autre. 10. Procédé de fabrication du pivot conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour ancrer un talon (51, 61 ; 52, 62) de lame dans le logement (71, 72 ; 82, 81) associé, on insère ledit talon dans ledit logement et on coule ensuite un produit adhésif fluide durcissable dans lesdits canaux (11 a, 11 b) de manière à noyer ainsi ledit talon dans ledit produit adhésif.