Brevet FR3122911A1 — publié le 20221118

L’invention concerne un dispositif de transmission et de transformation de mouvement (10), comprenant un premier système de liaison hélicoïdale (120) qui connecte un arbre d’entrée (100) monté pivotant sur un support à un arbre intermédiaire (200) monté coulissant sur le support. Selon l’invention, il est en outre prévu un second système de liaison hélicoïdale (320) qui connecte l’arbre intermédiaire à un arbre de sortie (300) qui est monté pivotant sur le support, et le premier système de liaison hélicoïdale présente un pas (P120) différent du pas (P320) du second système de liaison hélicoïdale. Figure pour l’abrégé : Fig.2 Dispositif de transmission et de transformation de mouvement et véhicule équipé d’un tel dispositif Domaine technique de l'invention La présente invention concerne de manière générale la transformation de mouvement à l’aide d’organes mécaniques. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la transformation d’un mouvement appliqué par un actionneur, pour transmettre un mouvement différent à appliquer à un moyen directionnel d’un véhicule. Etat de la technique Actuellement, pour transformer un mouvement de rotation en un autre mouvement de rotation, ayant un sens différent ou une vitesse différente, il est connu d’utiliser, par exemple, l’un ou l’autre des systèmes mécaniques suivants : - un train d’engrenages (réducteur, boîte de vitesses…), - un système roue et vis sans fin, - un système de poulies connectées par une courroie ou une chaîne. Ces systèmes mécaniques s’avèrent fiables et efficaces mais ils sont encombrants. Cet encombrement n’est malheureusement pas compatible avec certaines applications, comme par exemple la liaison mécanique entre un système d’actionneur et des safrans d’un engin submersible de petite taille. Présentation de l'invention Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose un nouveau système de transmission et de transformation d’un premier mouvement de rotation en un second mouvement de rotation ayant des caractéristiques différentes de celles du premier mouvement de rotation. Plus particulièrement, on propose selon l’invention un dispositif de transmission et de transformation de mouvement, comprenant : - un premier système de liaison hélicoïdale qui connecte un arbre d’entrée monté pivotant sur un support autour d’un axe pivot à un arbre intermédiaire monté coulissant sur le support parallèlement audit axe pivot, ledit arbre d’entrée étant bloqué en translation selon ledit axe pivot et ledit arbre intermédiaire étant bloqué en rotation autour dudit axe pivot, et - un second système de liaison hélicoïdale qui connecte l’arbre intermédiaire à un arbre de sortie qui est monté pivotant sur le support autour d’un axe parallèle à l’axe pivot et qui est bloqué en translation selon cet axe parallèle à l’axe pivot, - le premier système de liaison hélicoïdale présentant un pas différent du pas du second système de liaison hélicoïdale. Ainsi, grâce à l’invention, les deux systèmes de liaison hélicoïdale permettent de transformer le mouvement initial de rotation en un mouvement de translation, qui lui-même est retransformé en un mouvement de rotation. L’utilisation des pas différents permet alors de faire en sorte que les mouvements de rotation en entrée et en sortie aient des sens différents et/ou des vitesses et amplitudes différentes. D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - le pas du premier système de liaison hélicoïdale présente un sens inversé par rapport au pas du second système de liaison hélicoïdale ; - le pas du premier système de liaison hélicoïdale présente une longueur différente de celle du pas du second système de liaison hélicoïdale ; - le premier et le second systèmes de liaison hélicoïdale sont formés par des vis vissées dans des écrous ; - il est prévu un troisième système de liaison hélicoïdale qui connecte l’arbre d’entrée à un autre arbre intermédiaire monté coulissant sur le support et bloqué en rotation par rapport au support, et un quatrième système de liaison hélicoïdale qui connecte ledit autre arbre intermédiaire à un autre arbre de sortie monté pivotant sur le support et bloqué en translation sur le support, le troisième système de liaison hélicoïdale présentant un pas différent de celui du quatrième système de liaison hélicoïdale ; - l’un au moins des pas des premier et second systèmes de liaison hélicoïdale présente une longueur différente de celle des pas des troisième et quatrième systèmes de liaison hélicoïdale. L’invention concerne aussi un véhicule comportant au moins un moyen de stabilisation adapté à modifier son attitude et un actionneur adapté à commander le moyen de stabilisation, qui est couplé mécaniquement au moyen de stabilisation par un dispositif de transmission et de transformation de mouvement tel que précité. Préférentiellement, il est prévu un autre moyen de stabilisation et l’actionneur est couplé aux deux moyens de stabilisation par un dispositif de transmission et de transformation de mouvement à deux arbres de sortie, tel que précité. Préférentiellement encore, il est prévu une interface de communication pour piloter l’actionneur, ladite interface étant adaptée à communiquer avec une interface d’un navire tractant le véhicule par une liaison acoustique ou filaire. Préférentiellement aussi, le véhicule comporte une coque et des moyens de tractage permettant de tracter la coque sous l’eau. Avantageusement, il est prévu une centrale de mesure d’attitude et une unité de traitement adaptée à piloter l’actionneur de manière autonome, en fonction des données déterminées par la centrale de mesure d’attitude. Avantageusement aussi, il est prévu au moins une aile et chaque moyen de stabilisation est un volet situé sur l’aile. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Description détaillée de l'invention La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : est une vue schématique des liaisons mécaniques intervenant entre les différents arbres d’un dispositif conforme à l’invention ; est une vue schématique des liaisons hélicoïdales du dispositif de la ; est une vue schématique des liaisons mécaniques intervenant entre les différents arbres d’une variante de réalisation du dispositif de la ; est une vue schématique d’un navire de surface tractant un engin submersible qui intègre le dispositif de la ; et est une vue schématique de l’engin submersible de la . A titre préliminaire, on rappellera qu’une liaison mécanique entre deux éléments mobiles l’un par rapport à l’autre peut être caractérisée en utilisant la notion des « degrés de liberté », qui indique quel(s) mouvement(s) l’un des éléments peut effectuer relativement à l’autre élément et par rapport à quel(s) axe(s). Dans la suite de la description, la notion de « liaison glissière » sera utilisée pour désigner une liaison offrant un unique degré de liberté permettant à l’un des éléments de coulisser par rapport à l’autre selon un axe particulier. Une telle liaison glissière pourra par exemple être obtenue à l’aide d’un fourreau de section rectangulaire dans lequel sera monté un arbre de section correspondante. La notion de « liaison pivot » sera quant à elle utilisée pour désigner une liaison offrant un unique degré de liberté permettant à l’un des éléments de pivoter par rapport à l’autre autour d’un axe particulier. Une telle liaison pivot pourra par exemple être obtenue à l’aide d’un palier cylindrique dans lequel sera monté un arbre cylindrique de diamètre correspondant, deux circlips emboîtés sur l’arbre de part et d’autre du palier bloquant tout mouvement de translation de l’arbre dans le palier. La notion de « liaison hélicoïdale » sera également caractérisée par un seul degré de liberté, ayant la particularité d’être une combinaison d’un mouvement de rotation et d’un mouvement de translation interdépendants et de même axe. Dans la suite de cet exposé, ce type de liaison sera assuré par des systèmes vis-écrou simples. En variante, des systèmes vis-écrou à éléments roulants pourraient être employés. D’autres variantes pourraient également être envisagées. Dans une telle liaison hélicoïdale, la quantité de mouvement en translation appliqué à l’un des éléments par rapport à l’autre dépendra, d’une part, de la quantité de mouvement en rotation appliqué à ce même élément par rapport à l’autre, et d’autre part, du « pas » de l’hélice. La notion de « pas » pour un système vis-écrou correspond à la distance parcourue par la vis relativement à l’écrou lorsqu’elle aura effectué un tour complet. Sur la , on a représenté un dispositif de transmission et de transformation de mouvement 10, permettant de transmettre un premier mouvement de pivotement exercé par un actionneur 410 à un organe mobile 420, tout en le transformant en un autre mouvement de pivotement différent du premier. L’actionneur 410 est ici adapté à appliquer un mouvement de pivotement à un arbre d’entrée 100 (ou « arbre menant »), tandis que l’organe mobile 420 est adapté à se voir appliquer un mouvement de pivotement par un arbre de sortie 300 (ou « arbre mené »). L’arbre d’entrée 100 présente une forme quelconque. A titre d’exemple, il peut être formé par un axe de forme cylindrique de révolution autour d’un axe pivot A1. Cet arbre d’entrée 100 est lié à un support 20 par une liaison pivot, ce qui lui permet de pivoter autour de l’axe pivot A1. Il est pour cela monté dans un palier 150 fixé au support 20. De la même façon, l’arbre de sortie 300 présente une forme quelconque. A titre d’exemple, il peut être formé par un axe de forme cylindrique de révolution. Cet arbre de sortie 300 est lié au support 20 par une liaison pivot, ce qui lui permet de pivoter autour d’un axe parallèle à l’axe pivot A1. Il est pour cela monté dans un palier 350 fixé au support 20. En pratique, on considérera ici que les axes des arbres d’entrée 100 et de sortie 300 sont confondus mais en variante, ils pourraient être strictement parallèles, c’est-à-dire séparés l’un de l’autre par un entr’axe non nul. On notera ici que la notion de « parallèle » est employée pour désigner deux axes géométriques qui ne sont pas inclinés l’un par rapport à l’autre ou qui le sont très légèrement, du fait d’imprécision de fabrication et de montage. A titre d’exemple, un jeu de rotulage dans le cas des liaisons pivot et glissière inférieur au degré serait admissible. Selon l’invention, le dispositif comprend deux liaisons hélicoïdales, formées par deux systèmes vis-écrou 120, 320, qui connectent respectivement l’arbre d’entrée 100 à un arbre intermédiaire 200 et cet intermédiaire 200 à l’arbre de sortie 300. L’arbre intermédiaire 200 présente une forme quelconque. A titre d’exemple, comme le montrent les figures 1 et 2, il peut être formé par un axe de section rectangulaire, dont les extrémités sont recourbées à angle droit dans une même direction. L’arbre intermédiaire 200 est lié au support 20 par une liaison glissière, ce qui lui permet de coulisser selon un axe parallèle à l’axe pivot A1. Il est pour cela monté coulissant dans un fourreau 250 fixé au support 20. Les deux extrémités de l’arbre intermédiaire 200 sont respectivement liées aux arbres d’entrée 100 et de sortie 200 par les deux systèmes vis-écrou 120, 320. Ces deux systèmes vis-écrou 120, 320 comportent chacun, sur l’un des arbres, un filetage et, sur l’autre des arbres, un taraudage de forme complémentaire. Le filetage et le taraudage d’un système vis-écrou sont qualifiés de complémentaires en ce sens que leur coopération permet de former une liaison hélicoïdale permettant de convertir un mouvement de rotation en un mouvement de translation, ou vis-versa. Le filetage (comme le taraudage) pourrait aléatoirement être situé sur l’arbre intermédiaire 200 ou sur l’arbre d’entrée 100 ou de sortie 200. Ici, comme le montre bien la , les arbres d’entrée 100 et de sortie 300 présentent chacune, du côté de l’arbre intermédiaire 200, une extrémité filetée 101, 301 tandis que chaque extrémité recourbée de l’arbre intermédiaire 200 porte un écrou 201, 202 présentant un alésage taraudé dans lequel est vissée l’extrémité filetée de l’arbre d’entrée 100 ou de sortie 200. Selon l’invention, les deux systèmes vis-écrou 120, 320 présentent des pas P120, P320 différents. Comme cela apparaît sur la , ces pas peuvent ainsi être simplement inversés. De cette manière, lorsque l’arbre d’entrée 100 tourne dans un sens, l’arbre de sortie 300 tourne dans l’autre sens. En variante ou en complément, ces pas peuvent avoir des longueurs différentes. Dès lors, lorsque l’arbre d’entrée 120 tourne avec une première amplitude, l’arbre de sortie 300 tourne avec une amplitude différente. La démultiplication apportée par le dispositif dépend alors des pas P120, P320 des deux systèmes vis-écrou 120, 320. Théoriquement on pourrait envisager tous les pas possibles pour les deux systèmes vis-écrou 120, 320. Selon une variante particulièrement avantageuse de l’invention illustrée sur la , on peut prévoir de doubler le système illustré sur la de manière que l’actionneur 410 puisse commander deux organes mobiles 420 distincts. Dans cette variante, il est prévu un seul arbre d’entrée 100 lié à deux arbres intermédiaires 200, 200’ par des premiers systèmes vis-écrou 120, 120’, lesquels arbres intermédiaires 200, 200’ sont respectivement et indépendamment liés à deux arbres de sortie 300, 300’ par des seconds systèmes vis-écrou 320, 320’. De manière plus précise, on peut par exemple prévoir que l’arbre d’entrée 100 présente, à chacune de ses extrémités, un filetage vissé dans un taraudage d’un écrou porté par l’un des arbres intermédiaires 200, 200’. En variante, l’arbre d’entrée pourrait être formé de deux parties distinctes mais couplées ensemble, par exemple par des pignons. On pourrait prévoir que l’ensemble du dispositif soit symétrique, c’est-à-dire que les premiers systèmes vis-écrou 120, 120’ présentent des pas identiques mais inversés, et que les seconds systèmes vis-écrou 320, 320’ présentent des pas identiques mais inversés. Dans cette éventualité, les deux organes mobiles seraient toujours actionnés de la même façon, en parallèle l’un de l’autre. Mais de manière préférentielle, on préférera que le dispositif ne soit pas symétrique et que les longueurs des pas des premiers systèmes vis-écrou 120, 120’ et/ou des seconds systèmes vis-écrou 320, 320’ soient différentes. Ainsi, un même mouvement de l’actionneur 410 provoquera sur les organes mobiles 420 des mouvements différents. Dans la suite de cet exposé, on considérera que les pas des systèmes vis-écrou sont tels que les arbres de sortie 300, 300’ tournent avec la même amplitude mais dans des sens opposés. De manière préférentielle, comme le montre la , ce dispositif de transmission et de transformation de mouvement 10 est intégré dans un véhicule 401 qui comporte au moins un moyen de stabilisation 420 adapté à modifier son attitude et un actionneur 410 adapté à commander le moyen de stabilisation 420. Dans l’exemple préférentiel illustré sur la , le véhicule 401 est un engin submersible. Ce véhicule 401 est dépourvu de moyens de motorisation propre. Il est au contraire prévu pour être tracté par un navire de surface 400. Il comporte à cet effet une coque 403 profilée et, à l’avant ou sur le dessus de cette coque 403, une partie d’accrochage 404 par laquelle il peut être relié au navire de surface 400 via un câble 402. Il peut par exemple s’agir d’un simple anneau d’accrochage. Cet engin est équipé de moyens de stabilisation inertes. Dans l’exemple illustré sur la , il comporte ainsi une aile 405 située au-dessus de la coque 403, et un stabilisateur horizontal 406 qui est situé à l’arrière de la coque 403 et dont les côtés sont équipés de dérives verticales 407. Ce véhicule 401 est ici pourvu de deux moyens de stabilisation 420 pilotés. Ici, il est ainsi pourvu de deux volets 420 situés en bout de l’aile 405, du côté du bord de fuite de cette aile. Ces deux volets 420 (qui forment les « organes mobiles » de ce véhicule) permettent de stabiliser le véhicule 401 en roulis, de manière que son aile 405 reste toujours sensiblement horizontale. Pour cela, ces deux volets 420 sont respectivement commandés par les deux arbres de sortie 300, 300’ du dispositif de transmission et de transformation de mouvement 10. L’objectif ici est que l’actionneur 410 permette de faire pivoter ces deux volets 420 avec la même amplitude, mais dans des sens opposés (lorsque l’un des deux est orienté vers le haut, l’autre doit l’être vers le bas). Cet actionneur 410 est pour cela logé dans l’aile 405. Il est par exemple formé par un servomoteur ou un moteur pas-à-pas. L’aile 405 présentant un volume intérieur restreint, on comprend ici l’intérêt d’utiliser un dispositif de transmission et de transformation de mouvement 10 tel qu’illustré sur les figures, qui est très allongé en ce sens qu’il présente une grande dimension dans une direction de l’espace (dans le sens de la longueur de l’aile) et deux autres dimensions beaucoup plus petites dans les autres directions de l’espace. On peut envisager de piloter cet actionneur 410 de diverses manières. Ainsi, dans un premier mode de réalisation, le véhicule 401 embarque simplement une interface de communication formée par exemple par un simple bornier de connexion de fils électriques ou par des moyens de communication acoustique. Grâce à cette interface, le navire de surface 400 peut transmettre des instructions à l’actionneur 410. En pratique, ces instructions peuvent transiter par un câble électrique intégré au câble de tractage 402, ou par des signaux acoustiques. Dans un second mode de réalisation, le véhicule 401 embarque une centrale de mesure d’attitude (typiquement une centrale inertielle) et une unité de traitement qui permet d’exploiter les données fournies par la centrale de mesure d’attitude afin de pilotage de l’actionneur 410. Dans ce mode, même en l’absence de communication avec la surface, l’unité de traitement peut piloter l’actionneur 410 de façon à asservir l’attitude en roulis du véhicule 401 sur une position stable, grâce à l’action des volets 420 d’aile. La présente invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention. Dispositif de transmission et de transformation de mouvement (10), comprenant un premier système de liaison hélicoïdale (120) qui connecte un arbre d’entrée (100) monté pivotant sur un support (20) autour d’un axe pivot (A1) à un arbre intermédiaire (200) monté coulissant sur le support (20) parallèlement audit axe pivot (A1), ledit arbre d’entrée (100) étant bloqué en translation selon ledit axe pivot (A1) et ledit arbre intermédiaire étant bloqué en rotation autour dudit axe pivot (A1), caractérisé en ce qu’il comporte un second système de liaison hélicoïdale (320) qui connecte l’arbre intermédiaire (200) à un arbre de sortie (300) qui est monté pivotant sur le support (20) autour d’un axe parallèle à l’axe pivot (A1) et qui est bloqué en translation selon cet axe parallèle à l’axe pivot (A1), et en ce que le premier système de liaison hélicoïdale (120) présente un pas (P120) différent du pas (P320) du second système de liaison hélicoïdale (320). Dispositif de transmission et de transformation de mouvement (10) selon la revendication 1, dans lequel le pas (P120) du premier système de liaison hélicoïdale (120) présente un sens inversé par rapport au pas (P320) du second système de liaison hélicoïdale (320). Dispositif de transmission et de transformation de mouvement (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le pas (P120) du premier système de liaison hélicoïdale (120) présente une longueur différente de celle du pas (P320) du second système de liaison hélicoïdale (320). Dispositif de transmission et de transformation de mouvement (10) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le premier et le second systèmes de liaison hélicoïdale (120, 320) sont formés par des vis vissées dans des écrous. Dispositif de transmission et de transformation de mouvement (10) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel il est prévu un troisième système de liaison hélicoïdale (120’) qui connecte l’arbre d’entrée (100) à un autre arbre intermédiaire (200’) monté coulissant sur le support (20) et bloqué en rotation par rapport au support (20), et un quatrième système de liaison hélicoïdale (320’) qui connecte ledit autre arbre intermédiaire (200’) à un autre arbre de sortie (300’) monté pivotant sur le support (20) et bloqué en translation sur le support (20), le troisième système de liaison hélicoïdale (120’) présentant un pas différent de celui du quatrième système de liaison hélicoïdale (320’). Dispositif de transmission et de transformation de mouvement (10) selon la revendication 5, dans lequel l’un au moins des pas (P120, P320) des premier et second systèmes de liaison hélicoïdale (120, 320) présente une longueur différente de celle des pas des troisième et quatrième systèmes de liaison hélicoïdale. Véhicule (401) comportant au moins un moyen de stabilisation (420) adapté à modifier son attitude et un actionneur (410) adapté à commander le moyen de stabilisation (420), caractérisé en ce que l’actionneur (410) est couplé mécaniquement au moyen de stabilisation (420) par un dispositif de transmission et de transformation de mouvement (10) conforme à l’une des revendications 1 à 6. Véhicule (401) selon la revendication 7, dans lequel il est prévu un autre moyen de stabilisation (420) et dans lequel l’actionneur (410) est couplé aux deux moyens de stabilisation (420) par un dispositif de transmission et de transformation de mouvement (10) conforme à l’une des revendications 5 et 6. Véhicule (401) selon l’une des revendications 7 et 8, comprenant une coque (403) et des moyens de tractage (404) permettant de tracter la coque (403) sous l’eau. Véhicule (401) selon la revendication 9, dans lequel il est prévu une interface de communication pour piloter l’actionneur (410), ladite interface étant adaptée à communiquer avec une interface d’un navire (400) tractant le véhicule (401) par une liaison acoustique ou filaire. Véhicule (401) selon l’une des revendications 7 à 9, dans lequel il est prévu une centrale de mesure d’attitude et une unité de traitement adaptée à piloter l’actionneur (410) de manière autonome, en fonction des données déterminées par la centrale de mesure d’attitude. Véhicule (401) selon l’une des revendications 7 à 11, dans lequel il est prévu au moins une aile (405) et dans lequel chaque moyen de stabilisation (420) est un volet situé sur l’aile (405).