Brevet FR2915785A1 — publié le 20081107

ACTIONNEUR A TRANSFERT D'EFFORT ELEVE L'invention concerne une amélioration du système d'actionneur à gain mécanique variable déjà connu et notamment décrit dans le document PCT/FR 2006/002454 du 3 5 novembre 2006. Il s'agit d'optimiser les performances de ce système afin de réduire son encombrement tout en augmentant les efforts transférés afin de rendre son utilisation compatible avec les systèmes hydrauliques utilisés aujourd'hui dans les actionneurs de voilure 10 aéronautiques notamment. Dans le document cité ci-dessus, les demandeurs on décrit un outil de serrage qui comporte un premier organe et un deuxième organe capable d'un déplacement relatif sous l'action d'un dispositif d'entraînement, ce dispositif comprenant une vis d'un pas 15 donné propre à être entraînée en rotation autour d'un axe, dans un sens ou dans un sens opposé sous l'action d'un moteur, un écrou coopérant avec la vis et propre à être entraîné en translation dans la direction de l'axe de la vis, ledit écrou étant solidaire en translation du premier organe. Des premiers moyens de guidage définissant un guidage linéaire parallèle à l'axe de la vis pour bloquer la rotation de l'écrou dans une première 20 phase de déplacement de l'écrou, et des deuxièmes moyens de guidage définissant un guidage hélicoïdal qui s'étend suivant l'axe de la vis qui a un pas inversé par rapport au pas de la vis pour permettre la rotation de l'écrou dans le même sens de rotation que la vis dans une deuxième phase de déplacement de l'écrou. 25 Ce dispositif d'entraînement présente un rapport cinématique variable avec une première phase de déplacement où l'écrou est bloqué en rotation et une deuxième phase de déplacement où l'écrou est entraîné en rotation dans le même sens que la vis, ce qui permet alors de diminuer le pas apparent de la vis, et donc la vitesse en translation de l'écrou, dans cette deuxième phase de déplacement. En supposant que la vis tourne à 30 une vitesse angulaire constante, la vitesse en translation (:vitesse linéaire) de l'écrou sera plus rapide dans la première phase de déplacement que dans cette deuxième phase de déplacement. L'invention vise à perfectionner ce système en augmentant la valeur de l'effort axial qu'il peut produire sans accroître de façon sensible ses dimensions. Pour ce faire, on ajoute à la (ou les) partie hélicoïdale de chaque gorge au moins une autre partie de gorge dont le tracé est parallèle à ladite partie hélicoïdale. C'est un autre point de l'invention que de considérer que, à chacune de ces parties hélicoïdales, correspond un galet. Ces galets disposés suivant une même génératrice de leur support auront un entraxe de valeur identique à l'écartement des gorges avec lesquelles ils coopèrent. C'est un autre point de l'invention, de prévoir sur la douille (pièce dans laquelle sont taillées les gorges) des nervures permettant de raidir cette pièce affaiblie par ces différents usinages. 15 On a vu dans le document PCT/FR 2006/002454, que l'on disposait de galets de forme tronconique afin d'éliminer tout glissement parasitaire avec la face de la gorge avec laquelle ils coopèrent et permettre le transfert d'effort important sans valeur de pression de Hertz excessive. C'est un autre but de l'invention de prévoir des galets qui se positionnent automatiquement, afin d'éviter tout montage hyperstatique, dans la mesure 20 ou le nombre de ces galets est supérieur au nombre de points de contact nécessaires pour assurer le seul positionnement relatif entre le support des dits galets et la douille dans laquelle sont taillées les gorges. C'est un autre point de l'invention de considérer que ce positionnement se fait par 25 déplacement longitudinal des galets concernés sur leur arbre et sous l'action d'une rondelle élastique type rondelle Belleville . C'est enfin un dernier point de l'invention de considérer que la disposition dans l'espace de l'ensemble des galets est telle que la somme des efforts axiaux que chacun génère, 30 ramenée sur la vis est nulle afin de permettre tout mouvement relatif entre ladite vis et son écrou. 10 Dans la description qui suit faite à titre d'exemple, on reconnaît : - la figure 1 est une vue en élévation, avec arrachement partiel, d'un outil de serrage conforme à l'art antérieur. - la figure 2 représente le montage et la géométrie des galets suivant l'art antérieur. - la figure 3 est une vue en perspective d'une douille comportant deux gorges parallèles dans leur partie hélicoïdale, avec nervures de raidissement - la figure 4 représente un montage de galet permettant un positionnement longitudinal automatique. On se réfère à la figure 1 qui représente un outil de serrage selon l'art antérieur et plus 15 précisément selon la demande PCT/FR05/00306. L'outil de serrage est muni d'un dispositif de serrage comportant une vis 10 propre à être entraînée en rotation autour d'un axe XX par l'intermédiaire d'un moteur électrique M qui peut être couplé à une commande numérique. 20 Cette vis 10 possède un grand pas P 1 et elle peut être entraînée en rotation dans un sens ou dans l'autre par le moteur M. La vis 10 coopère avec un écrou 12 susceptible d'être entraîné en translation dans la direction de l'axe XX de la vis. Cet écrou est solidaire d'un support 14, appelé aussi support mobile , réalisé ici sous la forme d'un élément tubulaire qui entoure au moins en partie la vis 10. 25 Le support 14 est relié à une platine 16 qui porte un premier organe 18 (appelé aussi organe mobile ) susceptible d'être déplacé en translation, dans une direction parallèle à l'axe XX, pour se rapprocher ou s'éloigner d'un deuxième organe 20 (appelé aussi organe fixe ) porté par un support fixe 22 qui porte également le moteur M. Une colonne 24 est fixée au support 22 et s'étend dans une direction parallèle à l'axe XX pour assurer un guidage en translation du support mobile 14 portant l'organe mobile 10 30 18. La platine 16 est munie à cet effet d'un alésage axial 26 traversé par la colonne 24. Dans l'exemple particulier où l'outil de serrage est une pince à souder, l'organe mobile 18 et l'organe fixe 20 constituent respectivement une électrode et une contre-électrode. Dans l'exemple de réalisation, le pas P1 de la vis 10 est un pas à droite dont la valeur est avantageusement de l'ordre de grandeur de son propre diamètre. L'écrou 12 est équipé d'une paire de galets 28 qui forment des éléments suiveurs et qui sont montés libres en rotation autour d'un axe YY qui est perpendiculaire à l'axe XX de la vis. Seul l'un des galets est visible sur la figure 1. Le support 22 porte un support cylindrique creux 30, encore appelé douille creuse , qui présente une paroi cylindrique 32 dans laquelle sont taillées deux gorges opposées 34 (seule l'une des deux gorges est visible sur la figure 1). Les galets 28 précités sont agencés pour rouler respectivement dans les deux gorges 34 qui forment des moyens de guidage. Chacune des gorges 34 comprend une partie linéaire 34L qui s'étend parallèlement à l'axe de la vis pour procurer un guidage linéaire à l'écrou 12, ainsi qu'une partie hélicoïdale 34H qui se raccorde à la partir linéaire 34L pour procurer un guidage hélicoïdal. Cette partie hélicoïdale s'étend suivant l'axe XX de la vis et possède un pas P2 qui est inversé par rapport au pas P1 de la vis, et qui est donc un pas à gauche dans l'exemple. Tant que les galets 28 sont en contact avec la partie 34L des gorges, ces dernières empêchent l'écrou de tourner ; et celui-ci peut: se déplacer en translation avec une vitesse linéaire imposée par la vitesse angulaire du moteur M et la pas P 1 de la vis. Ceci constitue une première phase de déplacement Dl, encore appelée course, que l'on peut qualifier de phase inertielle. A l'approche du point de serrage, c'est-à-dire lorsque les galets 28 se rapprochent respectivement des parties hélicoïdales 34H, ces dernières entraînent l'écrou en rotation dans le même sens que la rotation de la vis. Il en résulte que la vitesse linéaire de l'écrou diminue jusqu'à devenir éventuellement nulle. En effet, ceci provient d'une variation apparente du pas (en fait, la vitesse linéaire de l'écrou est synchronisée sur le pas P2). Il est à noter que le pas P2 peut être constant ou variable. Si l'on suppose, par conséquent, que la vis 10 est entraînée en rotation autour de son axe avec une vitesse angulaire établie constante, l'écrou se déplace d'abord (dans le sens du serrage) avec une vitesse constante pour la phase D 1 (phase inertielle) et ensuite avec une vitesse plus lente dans la deuxième phase D2. Dans ce dispositif de serrage selon l'art antérieur, le support 14 est relié à la platine 16 de l'organe mobile 18 par une butée à billes désignée dans son ensemble par la référence 36, par laquelle le support mobile 14 reste en permanence solidaire en translation de l'organe mobile 18. Cette butée 36 comprend deux contre-brides 38 disposées respectivement de part et d'autre de la platine 16 et prenant appui sur celle-ci par l'intermédiaire de billes 40. Les deux contre-brides 38 sont maintenues axialement entre une collerette 42 prévue à une extrémité du support mobile 14 et un écrou 44 vissé autour d'une autre extrémité du support mobile 14. - la figure 2 représente le montage et la géométrie des galets conformes à l'art antérieur, on reconnaît en 10 la vis qui coopère avec l'écrou 12 sur lequel est monté libre en rotation sur son axe le galet 28. Ce galet a un profil tronconique ce qui lui permet de coopérer, sans glissement parasitaire avec la face de contact de la douille 30. Cette disposition permet d'obtenir des valeurs élevées de l'effort F sans générer de valeurs de pression de Hertz excessives entre ledit galet et la face de la douille avec laquelle il est en contact. Ces caractéristiques sont maintenues quelles que soient les valeurs relatives du diamètre D et de l'épaisseur E. - la figure 3 montre en perspective une douille qui comporte sur chacune des parties rectilignes des gorges 34L (elle en possède deux dans l'exemple) deux fois deux parties hélicoïdales 34H et 34P. Ces deux parties hélicoïdales 34H et 34P sont parallèles et ont des écartements égaux à chacune des extrémités de la douille. Deux galets 28H et 28P non représentés sur le dessin -disposés sur une même génératrice de leur support- et dont l'entraxe est égal à l'écartement de 34H et 34P coopèrent respectivement avec les dites parties hélicoïdales de ces gorges pendant la partie du cycle nécessitant des valeurs d'effort élevées. Cette disposition va donc permettre de doubler cette valeur par rapport au système décrit dans l'art antérieur. Dans la partie rectiligne 34L à faible contrainte, les deux galets se déplaceront alignés dans la gorge. Il est bien sûr possible de multiplier ainsi le nombre de parties de gorges hélicoïdales et de galets afin d'augmenter la valeur de cet effort axial sans changer le diamètre de l'actionneur et en augmentant sa longueur que d'une valeur relativement minime (le diamètre des galets et leur entraxe pour chaque gorge supplémentaire). Bien évidemment, la transition entre la partie rectiligne et la partie hélicoïdale des gorges lorsque les valeurs de pas seront encore importantes va superposer les usinages et faire en sorte que l'apparition de la paroi de matière entre 34H et 34P sera différée dans l'espace. Toutefois, l'effort produit par le système étant inversement proportionnel à cette valeur de pas, ce fonctionnement avec un seul galet interviendra pour les faibles charges, le deuxième galet sera sollicité dès l'augmentation de celles-ci. Ce problème de la superposition des usinages est le résultat des valeurs relatives du pas des gorges, de leur écartement (entre 34H et 34P) et du diamètre des galets. Ainsi, on peut envisager pour certaines configurations (notamment des pas importants par rapport au diamètre des galets), des tracés de gorge de plus de 360 sur une même douille. On a proposé sur le dessin une douille comportant 2 gorges à 180 , tout autre disposition envisagée dans l'art antérieur (notamment 3 gorges à 120 ) est évidemment possible, à condition bien sûr de ne pas contraindre le système vis écrou. 25 Les parties hélicoïdales 34H et 34P des gorges peuvent avoir des pas de valeurs variables ou constante, voir nulle pour assurer par exemple une phase d'irréversibilité intrinsèque. Nous avons raidi la structure de la douille en disposant quatre nervures 50, afin de 30 renforcer, notamment, la paroi de matière qui sépare 34H de 34P et d'éviter ainsi tout structure en porte à faux. Il est évident que ce nombre de renforts peut être augmenté si l'utilisation de la douille le justifie.20 - la figure 4 représente le montage des galets permettant d'éviter tout effet hyperstatique lorsque leur nombre est supérieur au nombre de points de contact nécessaires pour assurer le seul positionnement relatif entre leur support et la douille. On reconnaît la douille 30 sur laquelle s'appuie le galet 28. Ce galet est monté libre en rotation par le roulement à aiguilles 54 sur l'arbre 52 emmanché à force dans le support 14 solidaire de l'écrou 12 non représenté. L'effort axial généré par le profil tronconique du galet est repris par la butée à aiguilles 56 qui s'appuie sur un épaulement de l'arbre 52 au travers d'une rondelle élastique (type rondelle Belleville ) 58. Cette rondelle 58 est nécessairement précontrainte (ce qui lui assure une excellente fiabilité) puisque elle transfère l'effort axial de la butée 56 à l'épaulement de l'arbre 52. Dans ces conditions, pour de faibles déplacements correspondants notamment aux tolérances de réalisation du système, on peut admettre qu'elle exerce un effort constant sur la butée 56, ainsi le positionnement longitudinal du galet 28 sur l'arbre 52 intégrera les dites tolérances, assurera une très bonne répartition de la charge sur chacun des galets, quelque soit leur nombre, et évitera toute pointe de contrainte par effet hyperstatique. Rappelons enfin que la disposition dans l'espace de l'ensemble des galets sera telle que la somme des efforts axiaux que chacun génère, ramenée sur la vis sera nulle afin de permettre tout mouvement relatif avec l'écrou dans des conditions de rendement optimum. REVENDICATIONS 1. Actionneur à transfert d'effort élevé comportant un premier organe (18) et un deuxième organe (20) capable d'un déplacement relatif sous l'action d'un dispositif d'entraînement, ce dispositif comprenant une vis (10) d"un pas donné (P1) propre à être entraînée en rotation autour d'un axe ()X), dans un sens ou dans un sens opposé sous l'action d'un moteur (M), un écrou (12) coopérant avec la vis (10) et propre à être entraîné en translation dans la direction de l'axe (XX) de la vis, ledit écrou étant solidaire en translation du premier organe (18), des premiers moyens de guidages sous la forme des gorges (34L) définissant un guidage linéaire parallèle à l'axe (XX) de la vis (10) pour bloquer la rotation de l'écrou (12) dans une première phase de déplacement (Dl) de l'écrou, et des deuxièmes moyens de guidage sous la forme des gorges (34H) définissant un guidage hélicoïdal qui s'étend suivant l'axe (XX) de la vis (10) et qui a un pas (P2) inversé par rapport au pas (P 1) de la vis pour permettre la rotation de l'écrou (12) dans le même sens de rotation que la vis (10) dans une deuxième phase de déplacement (D2) de l'écrou (12), caractérisé en ce que, on ajoute à la (ou les) partie hélicoïdale (34H) de chaque gorge (34) au moins une autre partie de gorge (34P) dont le tracé est parallèle à ladite partie hélicoïdale. 2. Actionneur à transfert d'effort élevé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à chacune des parties hélicoïdales (34H) et (34P), correspond un galet (28H) et (28P). Ces galets disposés suivant une même génératrice de leur support (14) auront un entraxe de valeur identique à l'écartement des gorges (34H) et (34P) avec lesquelles ils coopèrent. 3. Actionneur à transfert d'effort élevé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la douille (30), pièce dans laquelle sont taillées les gorges, comporte des nervures (50) permettant de raidir la dite pièce affaiblie par ces différents usinages. 4. Actionneur à transfert d'effort élevé selon la revendication 1, qui comprend des galets (28) de forme tronconique afin d'éliminer tout glissement parasitaire avec la face de la gorge (34) avec laquelle ils coopèrent et permettre le transfert d'effort important sans valeur de pression de Hertz excessive, caractérisé en ce que, un système de positionnement automatique (58) permet d'éviter tout montage hyperstatique, dans la 8mesure où le nombre de ces galets (28) est supérieur au nombre de points de contact nécessaires pour assurer le seul positionnement relatif entre le support (14) des dits galets (28) et la douille (30) dans laquelle sont taillées les gorges (34). 5. Actionneur à transfert d'effort élevé selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que, le positionnement automatique des galets (28) se fait par déplacement des galets concernés sur leur arbre (52) sous l'action d'une rondelle élastique type rondelle Belleville (58). 6. Actionneur à transfert d'effort élevé selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, la disposition dans l'espace de l'ensemble des galets (28) est telle que la somme des efforts axiaux que chacun génère, ramenée sur la vis (10) est nulle afin de permettre tout mouvement relatif entre la dite vis et son écrou (12).