Brevet FR2956756A1 — publié le 20110826

DISPOSITIF GENERATEUR DE COUPLE RESISTIF PERFECTIONNE La présente invention concerne un dispositif générateur de couple résistif qui, associé à un organe de commande tel que des pédales de freins à commande électrique d'aéronef, est particulièrement adapté à produire une sensation de retour d'effort lorsque le pilote actionne l'organe de commande. Dans le cas d'un aéronef de transport, des blocs de commande de vol combinés palonnier/freins sont situés au niveau des pieds de chacun des deux pilotes. Ces deux blocs sont liés mécaniquement par des bielles afin de coordonner les actions des pilotes. Les blocs combinés permettent aux pilotes d'agir sur la gouverne de direction ou sur les freins indépendamment par l'intermédiaire de deux pédales suivant deux actions distinctes : pousser une pédale pour actionner la gouverne de direction ou basculer les pédales vers le bas pour activer les freins. Pour que le pilote ait une sensation d'effort résistant lorsqu'il agit sur les pédales de freins F d'un aéronef à commandes de vol électriques, c'est-à-dire dans une situation où il n'y a pas de retour mécanique des éléments commandés vers les organes de commande palonniers et freins, un dispositif de génération de couple a est positionné sur un des axes principaux du mécanisme de commande de freinage comme sur le bloc palonnier/freins représenté en figure 1. Selon l'état de la technique, le couple résistif est obtenu par frottement de deux éléments b, c l'un contre l'autre comme représenté en figure 2. Un tambour c en acier est assemblé avec un des axes du mécanisme de freinage et avec une manivelle de renvoi g. La surface circonférentielle du tambour est mise en contact avec un collier de serrage b revêtu d'un plastique chargé PTFE. La surface circonférentielle du tambour est chromée pour offrir résistance à l'usure, résistance à l'abrasion et assurer un frottement de bonne qualité. Le collier est bloqué en rotation par une butée e fixée au bâti du bloc combiné. Le serrage du collier est ajusté via une vis f compressant 2 ressorts en acier cadmiés, qui permettent d'ajuster le serrage du collier sur le tambour et d'obtenir un couple sensiblement constant de la valeur recherchée. La manivelle de renvoi g ramène le système de commande de freinage dans sa position initiale grâce au ressort de rappel h lorsque le pilote cesse d'appuyer sur les pédales de frein. Les nouvelles réglementations européennes conduisent à l'abandon du chromage dur alors que ce procédé fournit un couple frottement-dureté extrêmement favorable gage d'une excellente résistance à l'usure par abrasion et de qualité du frottement obtenu. Malgré l'effort à fournir, la présente invention propose un nouveau mode de réalisation du dispositif permettant une suppression du chromage dur et un remplacement des matériaux lourds et susceptibles de se corroder par des matériaux polymères. Pour ce faire, la présente invention propose un organe de commande, comportant des organes d'actionnement tels qu'un palonnier et des freins pour un pilote dans un aéronef, comportant un arbre rotatif mobile en rotation autour d'un axe, ledit arbre étant entraîné en rotation lors d'une action du pilote sur les organes d'actionnement, en particulier des pédales de freins, par une transmission mécanique entre cet arbre et ces organes d'actionnement. L'organe de commande comporte en outre un dispositif générateur de couple résistif, adapté à se fixer suivant l'axe de l'arbre rotatif de l'organe de commande et comportant un disque frotteur monté axialement et solidaire de l'arbre rotatif, une première piste annulaire fixée à un élément de bâti de l'organe de commande et des moyens d'appui adaptés pour maintenir une première face du disque frotteur appliquée sur la première piste annulaire avec une force d'appui sensiblement constante exercée dans une direction parallèle à l'axe de l'arbre de rotatif et du disque frotteur. Selon un mode de réalisation, le disque frotteur est flexible et les moyens d'appui comprennent un tambour pourvu d'une seconde piste annulaire s'appliquant sur une seconde face du disque frotteur opposée à ladite première face. La seconde piste annulaire est dans ce cas avantageusement décalée par rapport à la première piste dans une direction radiale en sorte de contraindre en cisaillement le disque frotteur entre lesdites première et seconde pistes en exerçant sur le disque frotteur un effort au niveau de la seconde piste annulaire, opposé et éloignée radialement de la première zone d'appui, en sorte d'appliquer un effet de bras de levier pour régler la force de frottement sans bloquer le disque frotteur par un serrage entre les deux pistes. Le disque frotteur étant réalisé à partir d'une collerette flexible reliée à une partie tubulaire de montage sur l'arbre, le dispositif générateur de couple comprend préférablement des moyens de réglage de la position axiale du disque frotteur sur l'axe. Plus particulièrement, les moyens de réglage comprennent un pas de vis sur une bague annulaire d'une manivelle de renvoi, de réception du disque frotteur, montée sur l'axe et un écrou de réglage coopérant avec le pas de vis pour s'appliquer contre la partie tubulaire et régler la position axiale de ladite partie tubulaire en sorte d'ajuster, via un ressort intermédiaire, la pression de la collerette flexible du disque frotteur sur la première piste. En sorte de permettre une translation axiale du disque frotteur tout en permettant un entraînement en rotation du disque frotteur par l'axe, la partie tubulaire de montage du disque frotteur et la bague annulaire sont pourvus de moyens complémentaires anti-rotation tels que des cannelures, un ou des pions parallèles à l'axe de l'arbre rotatif, ou encore une ou des clavettes coopérant avec des rainures. La seconde piste annulaire fait avantageusement partie d'un carter annulaire se vissant sur une jupe filetée entourant la première piste en sorte de régler la contrainte en flexion appliquée au disque frotteur entre lesdites première et seconde pistes. Le dispositif comporte dans ce cas avantageusement un contre écrou de blocage vissé sur la jupe en sorte d'arrêter en rotation le carter annulaire et éviter tout desserrage dus aux vibrations. Selon un mode de réalisation alternatif, les moyens d'appui comprennent une bague annuaire fixe en rotation grâce à des cannelures par rapport à ladite première piste annulaire, un moyen ressort adapté à pousser axialement la bague contre une seconde face du disque frotteur, opposée à ladite première face, et un moyen de butée d'appui du moyen ressort,par exemple réalisé par un empilage de rondelle élastique dite rondelles Belleville, adapté à régler la poussée axiale du moyen ressort sur la bague. La bague annulaire est avantageusement reçue dans une couronne en périphérie du flasque, la bague et la couronne comportant des moyens d'arrêt en rotation complémentaires tels que des dents à la périphérie de la bague et des rainures dans la couronne, les dents reçues dans les rainures permettant un débattement axial de la bague et une retenue de la bague en rotation dans la couronne. Le disque frotteur est réalisé dans ce cas préférablement à partir d'une collerette rigide solidaire d'un manchon de montage du disque, qui est arrêté en rotation sur l'axe et libre en translation sur l'axe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention sont décrits dans la description qui suit d'un exemple de réalisation non limitatif de l'invention en référence aux dessins qui représentent: en figure 1: déjà citée, une vue en perspective d'un organe de commande équipé d'un dispositif générateur de couple résistif de l'art antérieur; en figure 2: déjà citée, une vue de côté du dispositif générateur de couple de l'art antérieur; en figure 3: une vue de face coupe d'un premier mode de réalisation d'un dispositif générateur de couple de l'invention; en figure 4: une vue de côté en coupe du dispositif générateur de couple 30 de la figure 3; en figure 5: une vue de face coupe d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif générateur de couple de l'invention; en figure 6: une vue de côté en coupe du dispositif générateur de couple de la figure 5; en figure 7: une vue de côté en coupe d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif générateur de couple selon l'invention; en figure 8: une vue en éclaté d'éléments du dispositif de la figure 7. L'invention s'applique en particulier au pédales de freins combinées aux palonniers de blocs de commandes combinés d'aéronefs comme celui représenté en figure 1 et se substitue dans un tel bloc au dispositif de la figure 2. Le principe du dispositif de la présente invention consiste à appliquer un effort normal à la surface de contact entre un frotteur monté sur un axe de l'organe de commande et une piste afin de créer un couple résistif selon la formule : C=NxnxpxReq. Le couple C varie donc suivant: - l'effort normal N; - le nombre de surfaces de frottements n; - le coefficient de frottement p - le rayon équivalent Req. Comme dans le dispositif de l'art antérieur, une plage de réglage permettant de calibrer le retour d'effort ressenti par le pilote est requise. Une solution est d'ajuster l'effort normal pour obtenir la valeur de couple souhaitée. Les solutions proposées conservent les fonctions générales du système à savoir un effort de frottement constant autant que possible et un ajustement de l'effort réglable par serrage. Afin de limiter les couples galvaniques et les problèmes de corrosion associés, le dispositif de l'invention utilise essentiellement de l'aluminium et des polymères dans les zones de contact où sont créés volontairement des frottements. Le mode de réalisation des figures 3 et 4 correspond à un dispositif générateur de couple résistif 1 adapté pour être fixé sur un arbre 2, mobile en rotation autour d'un axe 40, relié à l'organe de commande et mis en rotation via l'action sur les pédales de freins F grâce à des liaisons cinématiques internes afin de retourner les efforts de couple résistif vers les pédales de frein. Le dispositif 1 comporte un disque frotteur 3 s'étendant radialement autour de l'arbre et solidaire en rotation de l'arbre qui vient en contact avec une piste annulaire 6 solidaire d'un élément de bâti 9 de l'organe de commande. La figure 3 représente le dispositif de face sur l'arbre 2. Sur la figure 4, dans laquelle le dispositif est représenté en vue de côté en coupe, sont représentés des moyens d'appui 10 adaptés à appliquer une première face du disque frotteur sur la première piste annulaire dans une première direction D parallèle à l'arbre de commande 2. Dans ce mode de réalisation, le disque frotteur 3 comporte un côté 10 collerette flexible 36 et un corps tubulaire 17 le liant a l'arbre. Les moyens d'appui 10 sont réalisés par un dispositif écrou 14 contre-écrou 14' ce qui permet au dispositif générateur de couple de comporter en outre des moyens 14, 15 de réglage de l'effort appliqué entre la collerette 36 du disque frotteur 17 et la piste annulaire de contact, sous forme d'un pas de vis 15 sur une 15 bague annulaire 16 d'une manivelle de renvoi (non visible sur les figures 3 et 4 et équivalente à la manivelle de renvoi g de l'art antérieur de la figure 2), de réception du disque frotteur. Des cannelures assurent l'entraînement en rotation du disque frotteur 3 par la bague annulaire 16 sans s'opposer au coulissement dudit disque sur la dite 20 bague. L'écrou 14 constitue ainsi un écrou de réglage coopérant avec le pas de vis 15 pour appuyer contre la partie tubulaire et régler la position axiale de ladite partie tubulaire ce qui règle la pression de la collerette souple du disque frotteur sur la première piste. 25 Dans une forme avantageuse de réalisation, la surface de frottement de la piste annulaire 6 n'est pas plane mais torique et la collerette 36 du disque frotteur 3 présente également, une fois mise en pression contre la piste annulaire, un profil torique qui permet une application améliorée des surfaces de frottement de la piste annulaire avec le disque frotteur. 30 Le frottement s'effectue sur une zone située entre un rayon extérieur de la zone de frottement, avantageusement le rayon extérieur de la piste annulaire 6, et un rayon intérieur de la zone de frottement. Le rayon équivalent Req est alors considéré comme une valeur intermédiaire, par exemple la valeur moyenne géométrique, des rayons extérieur et intérieur de la zone de frottement. De cette façon il est possible d'ajuster l'effort normal et donc le couple résistant du dispositif qui est sensiblement constant quelle que soit la position angulaire de l'arbre 2 du fait en particulier que l'effort normal reste constant lorsque la position autour de l'axe 40 de l'arbre est modifiée. La piste 6 est par exemple réalisée à la périphérie d'un flasque 6' fixé sur le bâti 9 comme représenté à la figure 4. De retour à la figure 3, le moyen retenu pour rendre le disque solidaire en rotation de l'arbre consiste à réaliser des cannelures complémentaires 18, 19 à la surface de contact entre le corps tubulaire 17 de montage du disque frotteur et la bague annulaire 16 de la manivelle de renvoi. Ce mode de réalisation qui comporte une seule zone de frottement entre un 15 flasque et un disque frotteur met en oeuvre un nombre relativement limité de pièces ce qui le rend simple à réaliser. La collerette 36 de ce frotteur a la spécificité d'être de faible épaisseur afin d'apporter une certaine flexibilité et de remplir une fonction de ressort. Le corps tubulaire du frotteur est entraîné en rotation par l'arbre au moyen 20 des cannelures présentes sur ledit corps tubulaire et sur la bague annulaire 16 de la manivelle et translate le long de ce dernier en fonction du serrage des écrous d'ajustement 14, 14'. L'épaisseur et le matériau polymère du disque frotteur 3 sont adaptés en fonction de l'effort normal et de la plage de réglage souhaités ainsi que du 25 coefficient de frottement recherché. Un polymère chargé en PTFE est particulièrement adapté à la réalisation de la collerette pour ses caractéristiques de résistance dans le temps. Ce principe utilise un nombre réduit de pièces mais demande un effort normal supérieur à des solutions à doubles surfaces de contact comme décrites 30 ci-dessous. La solution représentée aux figures 5 et 6 correspond à un mode de réalisation pour lequel un disque frotteur 4 est également un disque flexible au niveau d'une collerette 46 et pour lequel les moyens d'appui appliquant le disque frotteur sur la première piste comprennent un carter annulaire 11 pourvu d'une seconde piste annulaire 13 s'appliquant sur une seconde face du disque frotteur opposée à ladite première face. Selon ce mode de réalisation, comme représenté en figure 6, la seconde piste annulaire 13 est décalée par rapport à la première piste 7 dans une direction radiale en sorte à exercer une augmentation de l'effort de pression des surfaces de frottement sur le disque frotteur 3 sans exiger d'augmenter l'effort axial sur ledit disque frotteur. Pour régler la contrainte de frottement appliquée sur les pistes du disque frotteur entre les première et seconde pistes, la seconde piste annulaire 13 fait partie selon l'exemple représenté d'un carter annulaire 11 se vissant sur une jupe filetée 20 entourant la première piste. Un contre écrou 21 est vissé sur la jupe en sorte de bloquer en rotation le carter annulaire et éviter tout desserrage indésirable, notamment sous l'effet de 15 vibrations. Un avantage de cette solution est que le carter annulaire 11 protège le disque frotteur 4. Ce mode de réalisation est une évolution, à doubles surfaces de contact, du premier mode de réalisation. 20 Les deux surfaces de frottement de chaque coté du disque frotteur 4 constituées par les première et seconde pistes 7 et 13 de rayons équivalents différents permettent de diminuer l'effort normal appliqué dans la direction de l'axe 40 par l'utilisation d'un principe de bras de levier. La flexibilité du frotteur, dans ce mode réalisation également torique, est 25 assuré par le disque flexible 4. Ce disque est éventuellement ajouré 4a à la manière d'un diaphragme. L'ajustement de l'effort normal se fait par le vissage ou le dévissage du carter annulaire 11. Lorsque le carter annulaire 11 est vissé sur le flasque portant la première 30 piste annulaire 7, l'effort exercé par ledit carter sur un bord périphérique extérieur du frotteur au niveau de la seconde piste annulaire 13 déforme la collerette flexible par un effet de bras de levier par rapport à une zone d'appui de ladite collerette flexible sur la première piste annulaire 7, décalée radialement en direction de l'axe 40 de l'arbre 2 par rapport au bord périphérique extérieur du frotteur. Comme pour le premier mode de réalisation, le disque est préférablement réalisé dans un matériau polymère et son épaisseur est adaptée aux efforts qu'il doit subir ou, si les efforts appliqués le justifient, dans un matériau métallique tel qu'un alliage d'aluminium dont les pistes soumises aux forces de friction sont réalisées dans un tel matériau polymère, un PTFE par exemple, et rapportées sur la partie métallique. Un troisième mode de réalisation est décrit en référence aux figures 7 et 8. 10 Dans ce mode de réalisation, un disque frotteur 5 est pris en sandwich entre deux pistes annulaires. Selon la figure 8 notamment, la première piste 8 est réalisée par une face d'un flasque 8' fixé au bâti 9 et la seconde piste est réalisée par une face 38 d'une bague annulaire 22. 15 La bague annuaire 22 est fixe en rotation par rapport à la première piste annulaire et afin de solidariser ces deux élément en rotation, la bague annulaire comporte selon l'exemple des moyens tels que des dents d'indexation 27 sur sa périphérie. Ces dents d'indexation sont reçues dans des rainures 28 d'une couronne 20 25 à la périphérie du flasque 8' portant la première piste 8. Les dents d'indexation 37 de la bague 22 et les rainures de la couronne 25 forment des moyens d'arrêt en rotation de la bague qui permettent par contre un débattement axial de la bague annulaire par rapport à la couronne. Un moyen ressort 23, avantageusement une ou plusieurs rondelles 25 élastiques empilées de type rondelles Belleville ou une rondelle ondulée comme illustré, est adapté à pousser axialement la bague contre une seconde face 52 du disque frotteur 5, opposée à une première face 51 du disque frotteur en contact avec la première piste 8. Un moyen de butée 24 d'appui du moyen ressort 23 est adapté à régler la 30 poussée axiale du moyen ressort sur la bague annulaire 22. La bague annulaire 22, le moyen ressort 23 et la butée d'appui 24 forment des moyens d'appui appliquant le disque frotteur 5 contre la première piste 8. La butée d'appui 24 est réalisée dans une cloche 29 qui se visse sur la couronne 25 au moyen de filetages complémentaires 30, 31. Un écrou d'arrêt 32 vissé sur le filetage de la couronne assure la fonction de contre-écrou par rapport à la cloche 29 permet d'éviter un desserrage non 5 voulu en particulier sous l'effets de vibrations. En référence à la figure 7, le disque frotteur 5 est réalisé à partir d'une collerette rigide reliée à un manchon 26 de montage du disque arrêté en rotation sur l'arbre et libre en translation sur l'arbre. L'arrêt en rotation du disque frotteur 5 par rapport au moyeu 35 peut être 10 réalisé par des cannelures ou encore, comme dans la solution illustrée sur la figure 7, réalisé par une tige 34 ou goupille cylindrique coulissant dans un alésage 33 du manchon 26, la tige 34 dépassant du moyeu 35 de la manivelle de renvoi fixé sur l'arbre 2. Ce mode de réalisation conserve les fonctions attendues du dispositif. 15 Le frotteur est mobile le long de l'arbre mais bloqué en rotation à la manivelle et à son moyeu 35 par la goupille cylindrique 34. Cette solution qui met en oeuvre un nombre de pièces augmenté par rapport aux autres modes de réalisation présente l'avantage de ne pas engendrer d'efforts de traction/compression dans la direction de l'axe principal. Seules les 20 caractéristiques de coefficient et résistance aux frottements doivent être prises en compte dans le choix du matériau du frotteur. L'invention n'est pas limitée aux exemples représentés et notamment les moyens d'arrêt en rotation du disque peuvent être échangés entre les divers modes de réalisation tout en restant dans le cadre de l'invention définie par les 25 revendications. REVENDICATIONS1 - Organe de commande (A), comportant des organes d'actionnement (F) tels qu'un palonnier et des freins pour un pilote dans un aéronef, comportant un arbre rotatif (2) mobile en rotation autour d'un axe (40), ledit arbre étant entraîné en rotation lors d'une action du pilote sur les organes d'actionnement (F), en particulier des pédales de freins, par une transmission mécanique entre ledit arbre et lesdits organes d'actionnement, et comportant un dispositif générateur de couple résistif (1) adapté à se fixer suivant l'axe rotatif de l'organe de commande, caractérisé en ce que le dispositif générateur de couple résisistif comporte un disque frotteur (3, 4, 5) monté axialement et solidaire de l'arbre rotatif (2), une première piste annulaire (6, 7, 8) fixée à un élément de bâti (9) de l'organe de commande et des moyens d'appui (10, 11, 12) adaptés pour maintenir une première face du disque frotteur appliquée sur la première piste annulaire avec une force d'appui sensiblement constante exercée dans une direction (D) parallèle à l'axe (40) de l'arbre rotatif (2) et du disque frotteur (3, 4, 5). 2 - Organe de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disque frotteur est flexible et en ce que les moyens d'appui comprennent un tambour (11) pourvu d'une seconde piste annulaire (13) s'appliquant sur une seconde face du disque frotteur opposée à ladite première face. 3 - Organe de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde piste annulaire (13) est décalée par rapport à la première piste (7) dans une direction radiale en sorte de contraindre le disque frotteur entre lesdites première et seconde pistes (7, 13) en exerçant sur le disque frotteur un effort au niveau de la seconde piste annulaire, opposé et éloigné radialement de la première zone d'appui, en sorte d'appliquer un effet de bras de levier. 4 - Organe de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la géométrie du disque frotteur comporte un côté collerette flexible et un corps tubulaire le liant à l'arbre (2), le dispositif générateur de couple comprenant des moyens (14, 15) de réglage de la position axiale du disque frotteur sur l'axe. 5 - Organe de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de réglage comprennent un pas de vis (15) sur une bagueannulaire (16) d'une manivelle de renvoi, de réception du disque frotteur, montée sur l'axe et un écrou de réglage (14) coopérant avec le pas de vis pour s'appliquer contre la partie tubulaire et régler la position axiale de ladite partie tubulaire en sorte de régler la pression de la collerette souple du disque frotteur sur la première piste. 6 - Organe de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie tubulaire (17) de montage du disque frotteur et la bague annulaire (16) sont pourvus de moyens complémentaires (18, 19) tels que des cannelures adaptés à permettre une translation axiale du disque frotteur tout en permettant un entraînement en rotation du disque frotteur par l'axe. 7 - Organe de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que la seconde piste annulaire (13) fait partie d'un carter annulaire (11) se vissant sur une jupe filetée (20) entourant la première piste en sorte de régler une contrainte en flexion appliquée au disque frotteur entre lesdites première et seconde pistes et en ce que le dispositif comporte un contre écrou (21) de blocage vissé sur la jupe en sorte d'arrêter en rotation le carter annulaire. 8 - Organe de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'appui comprennent une bague annuaire (22) fixe en rotation par rapport à ladite première piste annulaire, un moyen ressort (23) adapté à pousser axialement la bague contre une seconde face du disque frotteur, opposée à ladite première face, et un moyen de butée (24) d'appui du moyen ressort adapté à régler la poussée axiale du moyen ressort sur la bague. 9 - Organe de commande selon la revendication 8, caractérisé en ce que la bague annulaire (22) est reçue dans une couronne (25) en périphérie du flasque (8'), la bague (22) et la couronne (25) comportant des moyens d'arrêt en rotation complémentaires tels que des dents (27) à la périphérie de la bague et des rainures (28) dans la couronne, les dents reçues dans les rainures permettant un débattement axial de la bague et une retenue de la bague en rotation dans la couronne. 10 - Organe de commande selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le disque frotteur est réalisé à partir d'une collerette rigide reliée à un manchon (26) de montage du disque arrêté en rotation sur l'axe et libre en translation sur l'axe.