Brevet FR3066629A1 — publié le 20181123

Dispositif mécanique à butées rotatives à amplitude de rotation supérieure à un tour Le domaine de l'invention est celui des mécanismes comportant des butées mécaniques en rotation. Dans un certain nombre d'applications, il est important de limiter la course en rotation d'un mécanisme qui peut être, par exemple, un actionneur pour différentes raisons, la principale étant la sécurité du matériel. Généralement, cette limitation de course est assurée par un dispositif à deux butées concentriques telles que représentées, de façon schématique, sur la figure 1. Le dispositif mécanique de la figure 1 comporte une butée externe 1 et une butée interne 2, la butée externe étant en forme de cylindre creux et comportant sur sa surface cylindrique interne une première dent 11 ou ergot et une seconde dent 12 séparée d'un secteur angulaire déterminé. La butée interne 2 est en forme de cylindre et comporte sur sa surface cylindrique externe une troisième dent 21, la butée interne et la butée externe étant concentriques et ayant un axe de révolution commun, l'une des deux butées étant mobile en rotation par rapport à l'autre autour dudit axe de révolution. Les pièces mécaniques sont agencées de façon que la troisième dent 21 ne peut se déplacer qu'entre la première dent 11 et la seconde dent 12. Ce principe mécanique permet d'avoir des butées franches, impossible à coincer. La rotation possible de la butée interne 2 est donc limitée au secteur angulaire déterminé par la première dent 11 et la seconde dent 12. Pour augmenter la course, il est possible de supprimer la seconde dent 12. Dans ce cas, la butée interne 2 peut faire presqu'un tour, la dent ayant nécessairement une épaisseur. Il est impossible, par ce moyen d'aller au-delà, ce qui peut se révéler être une contrainte importante pour un certain nombre d'applications où l'on souhaite avoir une course angulaire plus grande. 3066629 2 Le dispositif mécanique selon l'invention n'a pas cet inconvénient. Il permet d'obtenir simplement une course supérieure à un tour et limitée à presque deux tours. Ce mécanisme peut être généralisé à une course comportant plusieurs tours au prix toutefois d'une complexité croissante. 5 Le principe de base consiste à placer entre les butées externe et interne une butée intermédiaire dite « folle ». Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif mécanique comportant une butée externe et une butée interne, la butée externe étant cylindrique et comportant une première dent, la butée interne étant cylindrique et comportant une seconde dent, la 10 butée interne et la butée externe ayant un axe de révolution commun, l'une des deux butées étant mobile en rotation par rapport à l'autre autour dudit axe de révolution, caractérisé en ce que le dispositif mécanique comporte une butée intermédiaire cylindrique comportant une troisième dent et une quatrième 15 dent, l'axe de révolution de ladite butée intermédiaire étant commun avec ceux de la butée interne et de la butée externe, ladite butée intermédiaire étant disposée entre la butée interne et la butée externe de façon que, lorsque la butée externe est mobile et la butée interne fixe, la rotation de la première dent entraîne la rotation de la troisième dent, la rotation de la 20 quatrième dent étant stoppée par la seconde dent et lorsque la butée externe est fixe et la butée interne mobile, la rotation de la seconde dent entraîne la rotation de la quatrième dent, la rotation de la troisième dent étant stoppée par la première dent. Avantageusement, la butée externe est en forme de cylindre creux 25 et comporte sur sa surface cylindrique interne une première dent, la butée interne étant en forme de cylindre et comportant sur sa surface cylindrique une seconde dent, la butée intermédiaire est en forme de cylindre creux, comportant sur sa surface cylindrique externe une troisième dent et sur sa surface cylindrique interne une quatrième dent. 30 Avantageusement, la quatrième dent est dans le prolongement de la troisième dent. Avantageusement, la surface cylindrique de la butée interne comporte une cinquième dent identique à la seconde dent et située à une hauteur différente de la seconde dent, la surface cylindrique interne de la 35 butée intermédiaire comporte une sixième dent identique à la quatrième dent 3066629 3 et située à une hauteur différente de la quatrième dent, la cinquième dent et la sixième dent étant agencées de façon que la rotation de la sixième dent entraîne la rotation de la cinquième dent en même temps que la rotation de la seconde dent entraîne la rotation de la quatrième dent. 5 Avantageusement, la surface cylindrique de la butée externe comporte une septième dent identique à la première dent et située à une hauteur différente de la première dent, la surface cylindrique externe de la butée intermédiaire comporte une huitième dent identique à la troisième dent et située à une hauteur différente de la troisième dent, la septième dent et la 10 huitième dent étant agencées de façon que la rotation de la septième dent entraîne la rotation de la huitième dent en même temps que la rotation de la première dent entraîne la rotation de la troisième dent. Avantageusement, la butée interne est libre en translation sur l'axe de révolution sur une course limitée ou la butée externe est libre en 15 translation sur l'axe de révolution sur une course limitée. Avantageusement, la butée intermédiaire est maintenue dans la butée externe par un circlips. Avantageusement, la butée externe est fixe et la butée interne est mobile en rotation. 20 Avantageusement, la butée externe est mobile en rotation et la butée interne est fixe. Avantageusement, le cylindre de la butée externe comporte une première surface circulaire plane perpendiculaire à l'axe de révolution et comportant sur sa périphérie la première dent, le cylindre de la butée interne 25 comporte une seconde surface circulaire plane, parallèle à la première surface et comportant sur sa périphérie la seconde dent, le cylindre de la butée intermédiaire comporte une troisième surface circulaire plane et une quatrième surface circulaire plane, parallèles entre elles et parallèles à la première surface, la troisième surface comportant sur sa périphérie la 30 troisième dent, la quatrième surface comportant sur sa périphérie la quatrième dent. Avantageusement, le cylindre de la butée intermédiaire comporte un axe central plein confondu avec l'axe de révolution et en ce que la butée interne et la butée externe comporte chacune un axe central creux agencé 35 de façon à recevoir l'axe central plein. 3066629 4 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : 5 La figure 1 représente le principe d'un ensemble mécanique de deux butées mobiles selon l'art antérieur ; La figure 2 représente le principe d'agencement d'un ensemble mécanique de trois butées mobiles dans un premier mode de réalisation selon l'invention ; 10 Les figures 3 à 7 représentent le fonctionnement de l'ensemble mécanique de trois butées mobiles selon ce premier mode de réalisation ; La figure 8 représente une vue éclatée d'un premier dispositif mécanique selon l'invention ; La figure 9 représente une vue de face et une vue de profil de la 15 butée interne de ce premier dispositif mécanique ; La figure 10 représente une vue de face et une vue en coupe de la butée intermédiaire de ce premier dispositif mécanique ; La figure 11 représente une vue de face et une vue en coupe de la butée externe de ce premier dispositif mécanique ; 20 La figure 12 représente une vue éclatée d'un second dispositif mécanique selon l'invention ; La figure 13 représente une vue assemblée de ce second dispositif mécanique. 25 Le dispositif selon l'invention a deux modes de réalisation principaux. Dans les deux cas, les butées sont cylindriques. Dans une première réalisation appelée « configuration radiale », les trois butées sont des cylindres creux de diamètre différent et s'emboîtent les uns dans les autres. Dans une seconde réalisation appelée « configuration axiale», les 30 trois butées sont des cylindres pleins de même diamètre et se superposent les uns sur les autres. Les figures 2 à 11 représentent la configuration radiale du dispositif mécanique et les figures 12 et 13 la configuration axiale du dispositif mécanique. 3066629 5 A titre d'exemple non limitatif, la figure 2 représente le principe d'agencement d'un ensemble mécanique de trois butées mobiles selon une configuration radiale dans sa disposition la plus simple, c'est-à-dire la configuration où chaque butée ne comporte sur sa surface interne ou sur sa 5 surface externe qu'une seule dent. Dans le cadre de cette invention, on peut réaliser des butées comportant deux dents ou plus. On entend par « dent » tout ergot ou toute saillie mécanique permettant de stopper la partie tournante par rapport à la partie fixe. Elles peuvent être de différentes formes et situées à divers emplacements sur le pourtour cylindrique de la butée. 10 Chaque dent possède de préférence une surface de contact radiale, l'axe de rotation étant le plus possible dans le plan de contact. L'ensemble de la figure 2 comporte : - une butée externe 1 en forme de cylindre creux ayant un axe de révolution et comportant sur sa surface cylindrique interne une première 15 dent 11; - une butée interne 2 en forme de cylindre et comportant sur sa surface cylindrique une seconde dent 21, la butée interne ayant le même axe de révolution que celui de la butée externe ; - une butée intermédiaire 3 en forme de cylindre creux, 20 comportant sur sa surface cylindrique externe une troisième dent 31 et sur sa surface cylindrique interne une quatrième dent 32, la butée intermédiaire ayant le même axe de révolution que ceux de la butée externe et de la butée interne. Cette butée intermédiaire est disposée entre la butée interne et la butée externe. Sur la figure 2, la troisième et la quatrième dent sont dans le 25 prolongement l'une de l'autre. L'invention n'est pas limitée à cette seule configuration angulaire de dents. Il existe deux modes de fonctionnement possibles. La butée externe 1 peut être fixe et la butée interne 2 mobile ou la butée externe 1 30 peut être mobile et la butée interne 2 fixe. Dans les deux configurations, la butée intermédiaire 3 est libre ou folle. Les figures 3 à 7 représentent le fonctionnement de cet ensemble mécanique lorsque la butée externe est fixe et la butée interne mobile. Dans le cas présent, la course en rotation fait presque deux tours à 35 l'épaisseur des dents près. Plus précisément, la course totale peut être 3066629 6 voisine de 660 degrés. Bien entendu, le fonctionnement d'un ensemble mécanique où la butée externe est mobile et la butée interne fixe s'en découle immédiatement. Les flèches blanches en arc indiquent le sens de rotation des butées. 5 Comme représenté en figure 3, initialement, la troisième dent 31 de la butée intermédiaire 3 est plaquée contre la première dent 11 de la butée externe 1 et la seconde dent 21 de la butée interne 2 est plaquée contre la quatrième dent 32 de la butée intermédiaire 3. Comme représenté sur les figures 4 et 5, la butée interne peut 10 tourner jusqu'à ce qu'au bout de presqu'un tour, la seconde dent 21 entre en contact avec la quatrième dent 32 de la butée intermédiaire. La butée intermédiaire 3 étant libre, la butée interne 2 peut continuer sa rotation comme représenté en figure 6. Au bout de presqu'un second tour de rotation, la troisième dent 31 de la butée intermédiaire est 15 stoppée par la première dent 11, la rotation de la butée interne s'arrête. Cette dernière configuration est représentée en figure 7. Ce mécanisme comportant une butée folle permettant d'obtenir une course de presque deux tours peut être généralisé à un mécanisme dont la course comporterait plusieurs tours en ajoutant, pour chaque tour de 20 course supplémentaire, une butée folle supplémentaire. Chaque tour supplémentaire est gagné au détriment de la simplicité du dispositif mécanique. A titre d'exemple non limitatif, la figure 8 représente une vue 25 éclatée d'un dispositif mécanique selon la configuration radiale. Ce dispositif comprend essentiellement : - une butée externe 10 comportant une dent 110. Pour simplifier la description, cette butée est supposée fixe ; - une butée intermédiaire 30 mobile en rotation ; 30 - une butée interne 20 également mobile en rotation. Un axe libre 4 à tête hexagonale entraîne en rotation la butée interne 20. La butée interne 20 est fixée sur l'axe libre 4 au moyen de la rondelle 5 et de l'écrou 6. 3066629 7 Un serre-clips ou circlips 7 s'enclipse dans une gorge de la butée externe 10. Il maintient ainsi la butée intermédiaire 30 dans le logement de la butée externe 10 tout en permettant sa libre rotation. 5 La figure 9 représente une vue de face et de profil de la butée interne 20. Comme on le voit sur ces deux vues, cette butée comporte sur sa surface cylindrique deux dents allongées identiques 210 et 220. Ces deux dents sont diamétralement opposées et situées à chacune des deux extrémités du cylindre qui constitue la butée. Comme on l'a vu, la butée peut 10 fonctionner avec une seule dent. Mais dans ce cas, la pièce mécanique est déséquilibrée et engendre une flexion. Aussi, il est préférable d'utiliser deux butées symétriques. Cette remarque est également valable pour les butées externe 10 et intermédiaire 30 comme on le verra ci-dessous. Cette butée comporte un trou hexagonal central 230. D'autres formes géométriques sont 15 possibles. L'axe libre 4 comporte une tête hexagonale adaptée à ce trou et peut ainsi entraîner la butée interne 20 en rotation. La figure 10 représente une vue de face et une vue en coupe A-A de la butée intermédiaire 30. Elle comporte sur sa surface interne deux dents identiques allongées 320 et 330. Ces deux dents sont diamétralement 20 opposées et situées à chacune des extrémités du cylindre qui constitue la butée intermédiaire. Elle comporte une gorge 340 comportant une dent d'arrêt 310. La gorge et la butée 310 peuvent également être doublées. Une fois le mécanisme assemblé, la dent 110 de la butée externe 10 est montée dans la gorge 340. La butée 30 peut ainsi tourner librement 25 sur presqu'un tour dans la butée externe 10. La butée intermédiaire 30 est maintenue dans la butée externe par le serre-clips 7 d'un côté et par un épaulement de la butée externe de l'autre. La butée interne 20 est montée dans la pièce intermédiaire 30. Elle peut tourner librement en rotation entre les dents 320 et 330 de la butée intermédiaire. 30 Cette butée interne peut conserver une course en translation d'amplitude limitée. La figure 11 représente une vue de face et une vue en coupe A-A de la butée externe 10. Cette butée a la forme d'un cylindre creux fermé par 35 un épaulement percé. Le trou 120 de l'épaulement permet le passage de 3066629 8 l'axe 4. Elle comporte une dent 110. Comme on l'a dit, cette dent peut être doublée. La configuration radiale est illustrée sur les figures 12 et 13, la 5 figure 12 représentant une vue éclatée des pièces du dispositif mécanique et la figure 13 une vue assemblée des mêmes pièces. Le cylindre de la butée externe 40 comporte une première surface circulaire plane 400 perpendiculaire à l'axe de révolution et comportant sur sa périphérie une première dent 410. Le cylindre de la butée interne 50 10 comporte une seconde surface circulaire plane 500, parallèle à la première surface et comportant sur sa périphérie une seconde dent 510. Le cylindre de la butée intermédiaire 60 comporte une troisième surface circulaire plane 600 et une quatrième surface circulaire plane 650, parallèles entre elles et parallèles à la première surface, la troisième surface 600 comportant sur sa 15 périphérie une troisième dent 610, la quatrième surface comportant sur sa périphérie la quatrième dent 620. Le cylindre de la butée intermédiaire 60 comporte un axe central plein 630 confondu avec l'axe de révolution et la butée interne 50 et la butée externe 40 comportent chacune un axe central creux 420 et 520 agencé de 20 façon à recevoir l'axe central plein. Une fois assemblé, comme on le voit sur la figure 13, le fonctionnement du dispositif mécanique est le suivant. On suppose que la pièce mécanique 40 est fixe et la pièce 50 mobile. Si on tourne la pièce 50 dans le sens de rotation indiquée par la flèche noire, après presqu'un tour, la 25 dent 510 entraîne la dent 610 et après presque deux tours, la dent 620 arrive en butée contre la dent 410. La course de la pièce 50 après presque deux tours s'arrête. Les avantages de ce type de dispositif mécanique, en dehors de 30 sa capacité à réaliser une course angulaire supérieure à un tour sont les suivants - Simplicité des pièces mécaniques ; - Absence de coincement des pièces mécaniques dans la mesure où le contact mécanique entre les pièces en mouvement est 35 tangentiel et ne présente pas d'effort d'adhésion ; 3066629 9 - Grande capacité à reprendre des couples élevés dans la mesure où les surfaces de contact peuvent être importantes ; - Capacité à créer un couple pur, éliminant ainsi tout phénomène de flexion dans les pièces sollicitées. 5 REVENDICATIONS1. Dispositif mécanique comportant une butée externe (1,10, 40) et une butée interne (2, 20, 50), la butée externe étant cylindrique et comportant une première dent (11, 110, 410), la butée interne étant cylindrique et comportant une seconde dent (21, 210, 510), la butée interne et la butée externe ayant un axe de révolution commun, l'une des deux butées étant mobile en rotation par rapport à l'autre autour dudit axe de révolution, caractérisé en ce que le dispositif mécanique comporte une butée intermédiaire (3, 30, 60) cylindrique comportant une troisième dent (31, 310, 610) et une quatrième dent (32, 320, 620), l'axe de révolution de ladite butée intermédiaire étant commun avec ceux de la butée interne et de la butée externe, ladite butée intermédiaire étant disposée entre la butée interne et la butée externe de façon que, lorsque la butée externe est mobile et la butée interne fixe, la rotation de la première dent entraîne la rotation de la troisième dent, la rotation de la quatrième dent étant stoppée par la seconde dent et lorsque la butée externe est fixe et la butée interne mobile, la rotation de la seconde dent entraîne la rotation de la quatrième dent, la rotation de la troisième dent étant stoppée par la première dent. 2. Dispositif mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la butée externe (10) est en forme de cylindre creux et comporte sur sa surface cylindrique interne une première dent (110), la butée interne étant en forme de cylindre (20) et comportant sur sa surface cylindrique une seconde dent (210, 220), la butée intermédiaire (30) est en forme de cylindre creux, comportant sur sa surface cylindrique externe une troisième dent (310) et sur sa surface cylindrique interne une quatrième dent (320, 330). 3. Dispositif mécanique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la quatrième dent est dans le prolongement de la troisième dent. 3066629 11 4. Dispositif mécanique selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que la surface cylindrique de la butée interne comporte une cinquième dent identique à la seconde dent et située à une hauteur différente de la seconde dent, la surface cylindrique interne de la butée intermédiaire 5 comporte une sixième dent identique à la quatrième dent et située à une hauteur différente de la quatrième dent, la cinquième dent et la sixième dent étant agencées de façon que la rotation de la sixième dent entraîne la rotation de la cinquième dent en même temps que la rotation de la seconde dent entraîne la rotation de la quatrième dent. 10 5. Dispositif mécanique selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la surface cylindrique de la butée externe comporte une septième dent identique à la première dent et située à une hauteur différente de la première dent, la surface cylindrique externe de la butée 15 intermédiaire comporte une huitième dent identique à la troisième dent et située à une hauteur différente de la troisième dent, la septième dent et la huitième dent étant agencées de façon que la rotation de la septième dent entraîne la rotation de la huitième dent en même temps que la rotation de la première dent entraîne la rotation de la troisième dent. 20 6. Dispositif mécanique selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la butée interne est libre en translation sur l'axe de révolution sur une course limitée. 25 7. Dispositif mécanique selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la butée externe est libre en translation sur l'axe de révolution sur une course limitée. 8. Dispositif mécanique selon l'une des revendications 2 à 7, 30 caractérisé en ce que la butée intermédiaire est maintenue dans la butée externe par un circlips (7). 9. Dispositif mécanique selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la butée externe est fixe et la butée interne est mobile 35 en rotation. 3066629 12 10. Dispositif mécanique selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la butée externe est mobile en rotation et la butée interne est fixe. 5 11. Dispositif mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre de la butée externe (40) comporte une première surface (400) circulaire plane perpendiculaire à l'axe de révolution et comportant sur sa périphérie la première dent (410), le cylindre de la butée interne (50) comporte une seconde surface (500) circulaire plane, parallèle à la première 10 surface et comportant sur sa périphérie la seconde dent (510), le cylindre de la butée intermédiaire (60) comporte une troisième surface (600) circulaire plane et une quatrième surface (650) circulaire plane, parallèles entre elles et parallèles à la première surface, la troisième surface comportant sur sa périphérie la troisième dent (610), la quatrième surface comportant sur sa 15 périphérie la quatrième dent (620). 12. Dispositif mécanique selon la revendication 11, caractérisé en ce que le cylindre de la butée intermédiaire (60) comporte un axe central plein (630) parallèle à l'axe de révolution et en ce que la butée interne (50) et 20 la butée externe (40) comporte chacune un axe central creux (420, 520) agencé de façon à recevoir l'axe central plein.