EP3291367B1 - Système de montage de deux pièces dans un dispositif de transmission de mouvement - Google Patents

Système de montage de deux pièces dans un dispositif de transmission de mouvement Download PDF

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EP3291367B1
EP3291367B1 EP17184945.8A EP17184945A EP3291367B1 EP 3291367 B1 EP3291367 B1 EP 3291367B1 EP 17184945 A EP17184945 A EP 17184945A EP 3291367 B1 EP3291367 B1 EP 3291367B1
Authority
EP
European Patent Office
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flange
support
washer
orifices
studs
Prior art date
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EP17184945.8A
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German (de)
English (en)
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EP3291367A1 (fr
Inventor
Benoît Vion
Christophe Laffont
Maxime LADEVEZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP3291367A1 publication Critical patent/EP3291367A1/fr
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Publication of EP3291367B1 publication Critical patent/EP3291367B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/125—Means for positioning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/02—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole
    • H01Q3/04—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole for varying one co-ordinate of the orientation
    • H01Q3/06—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole for varying one co-ordinate of the orientation over a restricted angle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/02—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole
    • H01Q3/08—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole for varying two co-ordinates of the orientation

Definitions

  • the invention relates, for example, to the mounting of a gear associated with a motor supporting a drive shaft for positioning a satellite antenna, in order to reduce the backlash of the gear under expansion or, more generally, more to a differential thermal variation.
  • antenna positioners for connection establishment and communication with a satellite. These positioners are either fixed to the ground or mobile when placed on a moving carrier.
  • the azimuth / elevation positioners usually used comprise two axes of rotation, one of which makes it possible to vary the azimuth of the satellite dish, that is to say the horizontal angle between the direction of the antenna and a direction the reference generally corresponds to the geographic north, and the other to vary the elevation of the antenna and the reference direction.
  • Such positioners have the disadvantage of presenting a singular point vertically, ie, at the zenith.
  • the notion of singular point is known to those skilled in the art and designates a point where the communication between the satellite and the antenna is difficult, if not impossible, because of the dynamic constraints of the positioning of the antenna in the direction of the singular point .
  • the patent EP 2448063 the applicant offers a positioner devoid of singular point located vertically, and balanced without adding counterweight on the positioner, or possibly with very low counterweight.
  • the balancing problems of dish antenna positioners are notably solved by the choice of the value of center distance.
  • the patent US5090823 discloses a motion transmission device comprising two parts made of the same material mounted on a support consisting of a second material.
  • the known kinematics of the prior art is based on technologies using stainless steels, curved recirculating guides of balls, a precision gear.
  • the use of stainless steel is a disadvantage in providing a positioner with a low weight.
  • Some known solutions of the prior art combine steel with aluminum. This however raises problems of differential thermal expansion and galvanic coupling.
  • the use of steel with aluminum can induce faults on the two-axis positioner. Overturning of curved guides as a function of temperature can occur. This ovality causes an increase in the rolling resistance which affects the servo performance. Ovalization can also impact reliability in the long run.
  • the use of steel with aluminum also generates a variation in the play of the gear as a function of temperature.
  • the document US2014083222 discloses a gear assembly that utilizes two materials having different thermal expansion coefficients to realize, a piece of the gear in a first material, and the heart of the gear in a second material that has a coefficient of thermal expansion corresponding to the other components of the device.
  • the devices may comprise a circular part cooperating with a flat part.
  • the driving device is a motor
  • the first part is, for example, a pinion coupled to a motor mounted on the support via the flange.
  • the second part is a ring gear mounted on the support, via a guide ring and pads which provide a degree of freedom in rotation, said ring gear cooperating with the pinion.
  • the support comprises four threaded studs receiving fixing means.
  • the flange comprises two orifices arranged along a first horizontal line H 1 and two orifices arranged along a horizontal line H 2 in the lower part. The shape of the orifices is chosen to allow a slight clearance allowing the material of the flange to expand in the vertical direction.
  • the two orifices, arranged on the low line are placed in position on the two lower pads of the support and fixed by fixing means.
  • the means of against support are, for example, needle screws.
  • the flange is made of thermostable plastic material, the material being chosen to avoid physico-chemical degradation phenomena.
  • the flange is formed of thermostatic material.
  • the material of the support is, for example aluminum, the pinion and the crown are made of stainless steel.
  • the ring is configured to support, for example, a satellite communication antenna.
  • the figure 1 represents an example of a positioner 1 equipped with a mobile assembly 2 with two degrees of freedom comprising a parabolic antenna 3 and a radio frequency amplifier 4 mounted on the back of the parabolic antenna 3.
  • the positioner 1 allows the parabolic dish to be pointed towards a satellite 5.
  • the positioner comprises a base 10 which itself comprises a plate 12 which is mechanically interfaced with two supports 13 on which are fixed recirculation pads. balls 14.
  • a support cradle 20 comprises a guide ring 21 which cooperates with the ball recirculation pads 14 so as to obtain its rotation along a first axis of rotation X.
  • the curved guidance technology with ball recirculating pads is chosen for reasons of rigidity and precision of movement. Without departing from the scope of the invention, one could use a technology with roller skates or any other technology known to those skilled in the art, based on the use of steel.
  • the satellite dish 3 and the radio frequency amplifier 4 constitute a mass that is mobile in rotation with respect to the cradle 20.
  • the cradle comprises a rotation shaft 22 of axis Y ( figure 2 ) which receives the satellite dish.
  • the cradle also includes actuating and measuring means 23 known to those skilled in the art.
  • the rotation shaft 22 and the actuating means allow the rotational drive of the parabolic antenna relative to the cradle about the horizontal axis Y.
  • the Y axis extends orthogonally to the first axis of horizontal rotation X , being carried by the cradle 20.
  • the satellite dish extends above the Y axis.
  • the device comprises, for example, an absolute multi-turn encoder placed on the axis of rotation of the electric motor according to a principle known to those skilled in the art and which will not be detailed. for reasons of simplification.
  • the positioner 1 also comprises an electric motor 26 mounted on the support 13 ( figure 2 ) and coupled to a pinion 27 to allow rotation of the pinion.
  • the electric motor 26 and the pinion 27 are fixed on the supports 13 between the two balls recirculating pads 14.
  • a ring gear 29 cooperates with the pinion 27 so that, when the electric motor 26 makes it possible to rotate the pinion 27 it causes rotation of the ring gear 29 and thus the rotation of the guide ring 21 around the first axis of rotation X.
  • the ring gear 29 is mounted on the support 13 via the guide ring 21 and pads 14 which provide a degree of freedom in rotation. The principle of rotation of such a crown is well known to those skilled in the art and will not be detailed.
  • the object of the invention is in particular at the mounting of the axis of the pinion 27 associated with the drive motor 26 of the ring gear 29 which makes it possible in particular to compensate for the differential expansions of the materials constituting the ring gear, and possibly those of the pinion, in particular by the addition of a third part having differential expansion or thermal variation properties different from those materials from the other two parts and by specific positioning.
  • the thermal variation can lead to an expansion effect or, on the contrary, a "shrinking" effect of the material.
  • the figure 3 illustrates the problem of the backlash that may exist between the teeth 29i of the ring gear 29 and the teeth 27j of the pinion 27 of the motor shaft.
  • This game of beat j b varies according to the deformations materials resulting from differences in the expansion coefficients of the parts supporting the pinion and the ring gear 29 cooperating with the latter.
  • R, K 3 and d are possible adjustment variables.
  • the distance d is a parameter that depends in particular on the size of the final device. For example, for the choice of the parameters, one will take d in an interval [d min , d max ] defined by the constraints of bulk of the engine, for example, according to principles known to those skilled in the art.
  • the value of the differential thermal expansion coefficient K 3 for the material of the flange is for example fixed and depends in particular on the differential thermal expansion coefficients of aluminum and stainless steel in this example, more generally thermal expansion coefficients of the parts of the gear and the support.
  • the value of the coefficient of K 3 is chosen to be greater than the values of K 1 and K 2 or much lower when the fixing devices positioned on the lines H 1 and H 2 are reversed.
  • the value of R is a parameter known initially, it is a measured data.
  • the values of the primitive rays Rc and Rp are fixed for example by the choice of the motorization of the system.
  • the rays The primitives of the crown and the motor pinion will be defined in relation to the size of the engine and the desired torque and rotational speed characteristics.
  • the size of the motor is for example chosen for a given application, while respecting compactness constraints.
  • the axis of the pinion being positioned, the motor will be arranged closer to the pads, for example.
  • the material of the flange, and therefore the value of K 3 are chosen according to the environment in which the device is positioned, for example, taking into account physicochemical conditions, mechanical strength conditions, thermal environment, etc.
  • d obtained makes it possible to position the flange 30.
  • the following steps will consist in particular of maintaining the flange 30 in place, flat and supported on a plane tangent to the four studs of the support 13 of the crown, as will be detailed below.
  • the axis 27 A of the pinion 27 is connected to the motor 26 which is itself fixed by a flange 30 made of heat-stable material, for example a material
  • the flange 30 is mounted to allow fine adjustment of the gear, compensation for differential expansions, and compensation for misalignment to provide a linear contact between the teeth 29i. 27j of the gear.
  • the flange 30 will be placed in abutment on a plane tangent to the four studs of the support.
  • the support 13 on which the pinion 27 and the flange 30 are mounted comprises, for example, four studs 41, 42, 43, 44 each comprising a threaded hole and receiving fastening screws 45.
  • the studs have a height h p greater than thickness e b of the flange.
  • the mounting of the flange 30 on the support is made by interposing a wedge 46 of thermostatic material between the support 13 and a washer 47 having a spring function known in the art under the expression "spring washer”.
  • the spacer 46 thus provides galvanic isolation between the spring washer 47 made of stainless steel and the support 13 made of aluminum.
  • the flange 30 comprises, for example two orifices 301, 302 disposed along a first horizontal line H 1 and two orifices 303, 304 arranged along a second horizontal line H 2 or fixed line in this example.
  • the shape of the orifices 301, 302, 303, 304, is preferably oblong so as to allow a slight deflection in the vertical direction during assembly of the elements. This degree of freedom makes it possible to adjust the play of the gear during the mounting phase in an assumed ambient temperature of 20 ° C. Previously, this involves measuring the circularity defects of the teeth (pinion and ring gear) in order to identify the teeth to put in vis-à-vis during the adjustment phase. This type of adjustment is known to those skilled in the art.
  • the flange 30 is held in abutment on four large washers 49, each of these washers being supported on the studs 41, 42, 43, 44, by means of the screws 45 to be screwed into the holes tapped studs, the height of the studs being greater than the thickness of the flange and the dimensions of the washers greater than those of the orifices, it results in a positioning of the flange between the washers and the support 13
  • the support of the flange 30 on the washers 49 is obtained by supports, for example counter-point screws 48 whose suitable tightening makes it possible to mark the polymer material of the flange which causes a footing of the low line.
  • supports for example counter-point screws 48 whose suitable tightening makes it possible to mark the polymer material of the flange which causes a footing of the low line.
  • the effort much higher than that caused by the mounting of the spring washers 47, offers a possibility of easy assembly / disassembly.
  • a large washer 49 is inserted whose diameter is greater than the oblong hole.
  • the washer 49 is placed on a stud 41 by the tightening of a screw 45.
  • the washers 49 create a support plane.
  • the spring washer 47 is compressed and creates in reaction a preload which bears the flange on the washer 49.
  • the flange may deform in a direction where it encounters the least resistance, for example according to a translational movement.
  • the presence of the spring washer guarantees the required flexibility.
  • the support of the flange 30 on the washers 49 is obtained by the reaction created by the compression of the spring washers 47 ( figure 6 ).
  • the washer and the clearance between the flange 30 and the support 13, to which the thickness of the wedge 46 must be subtracted, are chosen so as to have a low preload compared to the load supplied by the point screws 48 on the low line. .
  • the spring washers 47 provide flexibility in the assembly and promotes sliding. They are in particular chosen to support a preload of the order of 150N per washer, for example.
  • the figure 7 illustrates by arrow F the degree of freedom when mounting the flange.
  • the figure 8 schematically an embodiment where the flange has two grooves 80, 81 disposed in the lower part and in the upper part of the flange and in the middle. These two grooves are positioned at two studs 83, 84 arranged on the support 13 to facilitate positioning.
  • the material of the flange is for example a thermostatic material of the type marketed under the trade name PEEK®.
  • Such an assembly principle allows in particular to guide the thermal deformation of the flange in the direction opposing the least resistance. It also reduces the variation of the distance between the pinion and the toothed sector when the ambient temperature varies. This also makes it possible to maintain a parallelism between the axis of the pinion and the axis of the toothed sector which does not compromise the quality of the meshing, because the support between tooth will generally remain a linear support.
  • the pinion can cooperate with a rack system. It also applies to spur gears with parallel axes, conical gears with concurrent axes, left gears, etc.
  • the system according to the invention makes it possible in particular to obtain precise positioning of the antenna and avoids the problems of parallelism resulting from thermal expansion.

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  • Transmission Devices (AREA)

Description

  • L'invention concerne, par exemple, le montage d'un engrenage associé à un moteur supportant un axe d'entrainement permettant le positionnement d'une antenne satellite, afin de réduire le jeu de l'engrenage sous dilatation ou de manière plus générale suite à une variation thermique différentielle.
  • Elle s'applique aussi dans tous les domaines qui requièrent un montage de précision d'engrenage dans des conditions de fonctionnement pouvant conduire à des variations (dilatations ou rétrécissements) de matériaux des éléments supports de l'engrenage.
  • Elle trouve aussi son utilisation dans des dispositifs de transmission de mouvement qui comprennent au moins deux pièces montées sur des supports susceptibles de se déformer sous dilatation thermique différentielle, les deux pièces coopérant pour assurer un mouvement de rotation ou de translation pilotant un objet.
  • Dans le cadre du domaine antennaire, il existe différents types de positionneurs d'antenne pour l'établissement de liaison et de communication avec un satellite. Ces positionneurs sont, soit fixes par rapport au sol, soit mobiles lorsqu'ils sont placés sur un porteur en mouvement.
  • Les positionneurs azimut/élévation habituellement utilisés comportent deux axes de rotation, l'un permettant de faire varier l'azimut de l'antenne parabolique, c'est-à-dire l'angle horizontal entre la direction de l'antenne et une direction de référence correspondant généralement au nord géographique, et l'autre permettant de faire varier l'élévation de l'antenne et la direction de référence. De tels positionneurs ont cependant comme inconvénient de présenter un point singulier à la verticale, i.e., au zénith. La notion de point singulier est connue de l'homme du métier et désigne un point où la communication entre le satellite et l'antenne est difficile, voire impossible, du fait des contraintes dynamiques de positionnement de l'antenne dans la direction du point singulier.
  • Le brevet EP 2448063 du demandeur offre un positionneur dépourvu de point singulier situé à la verticale, et équilibré sans ajout de contrepoids sur le positionneur, ou éventuellement avec de très faibles contrepoids. Les problèmes d'équilibrage des positionneurs d'antenne parabolique sont notamment résolus grâce au choix de la valeur d'entraxe.
  • Il existe aussi des positionneurs à trois axes sans point singulier. Ces derniers présentent en général des structures lourdes et complexes. Le brevet US5090823 décrit un dispositif de transmission de mouvement comportant 2 parties constituées d'un même matériau montées sur un support constitué d'un deuxième matériau.
  • De plus, la cinématique connue de l'art antérieur repose sur des technologies utilisant des aciers inoxydables, des guidages courbes à recirculation de billes, un engrenage de précision. L'utilisation de l'acier inoxydable est un inconvénient pour fournir un positionneur avec un faible poids. Certaines solutions connues de l'art antérieur combinent l'acier avec de l'aluminium. Ceci pose toutefois des problèmes de dilatation thermique différentielle et de couplage galvanique. Ainsi, l'utilisation de l'acier avec l'aluminium peut induire des défauts sur le positionneur deux axes. Une ovalisation des guidages courbes en fonction de la température peut se produire. Cette ovalisation provoque une augmentation de la résistance au roulement qui nuit aux performances d'asservissement. L'ovalisation peut également impacter la fiabilité sur le long terme. L'utilisation de l'acier avec l'aluminium génère aussi une variation du jeu de l'engrenage en fonction de la température.
  • Pour tenir des performances de pointage global de l'ordre de 0,1°, notamment dans le cas d'asservissement en boucle fermée connu de l'homme du métier, il est nécessaire d'avoir un jeu d'engrenage faible, typiquement compris entre 0° et 0,02° sur une large plage de température, typiquement -40°C à +80°C. La stabilité de l'asservissement dans des conditions dynamiques est très dépendante du jeu de l'engrenage.
  • Le document US2014083222 divulgue un ensemble d'engrenage qui utilise deux matériaux présentant des coefficients de dilatation thermique différents pour réaliser, une pièce de l'engrenage dans un premier matériau, et le coeur de l'engrenage dans un second matériau qui présente un coefficient de dilatation thermique correspondant aux autres composants du dispositif.
  • Il existe donc à l'heure actuelle un besoin de disposer d'un système de fixation du moteur qui permet le positionnement de l'antenne avec des performances de pointage précises et qui permet notamment de réduire le jeu de l'engrenage dans des conditions d'utilisation pouvant conduire à une dilatation ou variation thermique différentielle des matériaux constituant la cinématique du positionneur.
  • Ce besoin existe aussi, de manière plus générale, dans des dispositifs comprenant un système d'engrenage utilisé pour transmettre un couple d'un axe vers un autre, augmenter, réduire, modifier une vitesse de rotation, transférer ou transformer un mouvement de rotation, avec le risque que les dilatations thermiques des matériaux constituant le système induisent un jeu dans l'engrenage qui nuise aux performances globales du système. Les dispositifs peuvent comporter une pièce circulaire coopérant avec une pièce plane.
  • De manière plus générale, ce besoin existe aussi dans des dispositifs de transmission de mouvement.
  • Dans la suite de la description, la notion d'axe horizontal est connue de l'homme du métier et se réfère notamment à un axe parallèle au plan supposé horizontal sur lequel est placé le socle du positionneur comme il sera décrit ci-après.
  • Le terme « dilatation » couvre l'aspect « rétractation » par la notion physique du coefficient de dilatation. Le coefficient de dilatation thermique est généralement donné à 20°C ; il est forcément donné pour une température Tref de référence :
    • Si le coefficient est positif alors :
      • ∘ le matériau se dilate pour des températures > à Tref,
      • ∘ le matériau se rétracte pour des températures < à Tref,
    • Si le coefficient est négatif alors :
      • ∘ le matériau se dilate pour des températures < à Tref,
      • ∘ le matériau se rétracte pour des températures > à Tref.
  • L'invention concerne un dispositif de transmission de mouvement comportant au moins:
    • Une première partie constituée d'un premier matériau de coefficient de dilatation thermique K1 associée à un dispositif d'entraînement,
    • Une deuxième partie constituée d'un premier matériau de coefficient de dilatation thermique K1 montée sur un support constitué d'un deuxième matériau de coefficient de dilatation thermique K2,
    caractérisé en ce qu'il comporte aussi :
    • Une bride de fixation du dispositif d'entraînement, ladite bride de fixation étant en un matériau présentant des caractéristiques de variation thermique K3 différentes de celles du matériau du support et de celles du matériau de la première partie et de la deuxième partie du dispositif,
    • Le support comporte au moins un premier plot dans sa partie supérieure et au moins un deuxième plot dans sa partie inférieure,
    • Ladite bride de fixation comporte au moins un premier orifice et au moins un deuxième orifice ayant une forme adaptée à permettre le positionnement de la bride sur le support, la position du premier orifice et du deuxième orifice permettant le positionnement de la bride sur le support au niveau des plots,
    • Une rondelle ressort disposée entre le support et la bride au niveau des plots,
    • Une cale en matériau thermostatique destinée à être disposée entre la rondelle ressort et le support,
    • Une rondelle disposée au niveau d'un des premiers ou des deuxièmes orifices de la bride et qui prennent appui sur les plots, la hauteur hp desdits plots étant supérieure à l'épaisseur eb de la bride, et les dimensions des rondelles étant supérieures à celles desdits orifices, afin de positionner la bride entre ladite rondelle et le support,
    • Des moyens de mise en appui de la rondelle conduisant à la compression de la rondelle ressort générant une précharge mettant en appui la bride sur la rondelle et permettant au matériau de la bride de se déformer, à partir d'une ligne de piétage H2, sous l'effet d'une variation thermique,
    • Des moyens de contre appui, positionnés sur la ligne de piétage H2 adaptés à mettre en appui la bride sur les rondelles par un effort très largement supérieur à celui occasionné par le montage des rondelles ressort, i.e., les moyens sont adaptés à mettre en appui la bride sur une rondelle par un effort adapté à permettre le montage/démontage facile
  • Selon un mode de réalisation, le dispositif d'entraînement est un moteur, la première partie est, par exemple, un pignon accouplé à un moteur monté sur le support par l'intermédiaire de la bride. La deuxième partie est une couronne dentée montée sur le support, par l'intermédiaire d'une couronne de guidage et de patins qui fournissent un degré de liberté en rotation, ladite couronne dentée coopérant avec le pignon. Le support comprend quatre plots filetés recevant des moyens de fixation. La bride comporte deux orifices disposés selon une première ligne horizontale H1 et deux orifices disposés selon une ligne horizontale H2 dans la partie basse. La forme des orifices est choisie afin de permettre un léger débattement permettant au matériau de la bride de se dilater dans la direction verticale. Les deux orifices, disposés sur la ligne basse sont mis en position sur les deux plots inférieurs du support et fixés par des moyens de fixation.
  • Les moyens de contre appui sont, par exemple, des vis pointeaux.
  • La bride est constituée en matériau plastique thermostable, le matériau étant choisi pour éviter des phénomènes de dégradation physico-chimiques. Par exemple, la bride est formée de matériau thermostatique.
  • Le matériau du support est, par exemple de l'aluminium, le pignon et la couronne sont en inox.
  • La couronne est configurée pour supporter, par exemple, une antenne de communication par satellite.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif et nullement limitatif, annexée des figures qui représentent :
    • Figure 1, une vue en élévation d'un positionneur,
    • Figure 2, une vue en perspective du positionneur de la figure 1,
    • Figure 3, le problème du jeu de battement entre deux pièces d'un engrenage,
    • Figure 4, le montage d'une pièce intermédiaire selon l'invention,
    • Figure 5, une coupe et vue de dessus du montage de vis pointeaux,
    • Figure 6, la mise en appui des pièces du dispositif,
    • Figure 7, le degré de liberté pour le montage de la pièce, et
    • Figure 8, une variante de montage pour le jeu de réglage.
  • Afin de mieux faire comprendre la structure du positionneur selon l'invention, la description est donnée, à titre illustratif et nullement limitatif pour un positionneur Satcom avec une antenne parabolique et à deux degrés de liberté.
  • La figure 1 représente un exemple de positionneur 1 équipé d'un ensemble mobile 2 à deux degrés de liberté comportant une antenne parabolique 3 et un amplificateur radiofréquence 4 monté au dos de l'antenne parabolique 3.
  • Le positionneur 1 permet le pointage de l'antenne parabolique en direction d'un satellite 5. Le positionneur comporte un socle 10 comprenant lui-même un plateau 12 qui s'interface mécaniquement avec deux supports 13 sur lesquels se fixent des patins à recirculation de billes 14.
  • Un berceau de support 20 comporte une couronne de guidage 21 qui coopère avec les patins à recirculation de billes 14 de manière à obtenir sa rotation selon un premier axe de rotation X.
  • La technologie de guidage courbe avec patins à recirculation de bille est choisie pour des raisons de rigidité et de précision de mouvement. Sans sortir du cadre de l'invention, on pourrait utiliser une technologie avec des patins à galets ou toute autre technologie connue de l'homme du métier, reposant sur l'utilisation de l'acier.
  • L'antenne parabolique 3 et l'amplificateur radiofréquence 4 constituent une masse mobile en rotation par rapport au berceau 20. Pour cela, le berceau comporte un arbre de rotation 22 d'axe Y (figure 2) qui reçoit l'antenne parabolique. Le berceau comprend aussi des moyens d'actionnement et de mesure 23 connus de l'homme du métier. L'arbre de rotation 22 et les moyens d'actionnement permettent l'entraînement en rotation de l'antenne parabolique par rapport au berceau autour de l'axe horizontal Y. L'axe Y s'étend orthogonalement au premier axe de rotation horizontal X, en étant porté par le berceau 20.
  • L'antenne parabolique s'étend au-dessus de l'axe Y.
  • Pour positionner la couronne de guidage 21 de manière angulaire, le dispositif comporte, par exemple, un codeur absolu multi-tour placé sur l'axe de rotation du moteur électrique selon un principe connu de l'homme du métier et qui ne sera pas détaillé pour des raisons de simplification.
  • Le positionneur 1 comporte également un moteur électrique 26 monté sur le support 13 (figure 2) et accouplé à un pignon 27 pour permettre la rotation du pignon. Le moteur électrique 26 et le pignon 27 sont fixés sur les supports 13 entre les deux patins à recirculation de billes 14. Une couronne dentée 29 coopère avec le pignon 27 de sorte que, lorsque le moteur électrique 26 permet de mettre en rotation le pignon 27, celui-ci entraîne la rotation de la couronne dentée 29 et donc la rotation de la couronne de guidage 21 autour du premier axe de rotation X. La couronne dentée 29 est montée sur le support 13 par l'intermédiaire de la couronne de guidage 21 et des patins 14 qui fournissent un degré de liberté en rotation. Le principe de mise en rotation d'une telle couronne est bien connu de l'homme du métier et ne sera pas détaillé.
  • L'objet de l'invention se situe notamment au niveau du montage de l'axe du pignon 27 associé au moteur 26 d'entraînement de la couronne dentée 29 qui permet notamment de compenser les dilatations différentielles des matériaux constituant la couronne, et éventuellement celles du pignon, notamment par l'adjonction d'une troisième pièce présentant des propriétés de dilatations ou de variations thermiques différentielles différentes de celles des matériaux des deux autres pièces et par un positionnement spécifique. Dans cet exemple, on va tenter de réduire l'effet de dilatation thermique de la couronne dentée et du pignon sur le fonctionnement de l'engrenage, sachant que la dilatation thermique du support de la couronne suit une loi de variation différente, en utilisant dans ce cas un matériau dont le coefficient de dilatation thermique est supérieur à ceux des autres matériaux. Ceci permettra d'assurer un positionnement de l'antenne dépendante de la roue dentée avec une précision élevée, typiquement une variation de ± 0,003° du jeu de l'engrenage pour une variation de température de ± 60°C, et éviter des problèmes de parallélisme entre les deux pièces de l'engrenage.
  • En effet, l'aluminium (matériau de la couronne et du pignon) à température élevée a tendance à se dilater de manière isotrope. L'inox (matériau du support de la couronne) se dilate également de manière isotrope mais pas autant que l'aluminium. Cette différence de dilatation peut induire un problème d'asservissement du fait du jeu jb existant entre les dents de l'engrenage formé par la couronne dentée 29 et le pignon 27 de l'axe du moteur (figure 3). L'idée est donc d'utiliser une pièce intercalaire dont le matériau est choisi notamment en fonction du coefficient de dilatation de l'inox et de l'aluminium, dans cet exemple, afin de pouvoir compenser la dilatation de l'aluminium, par exemple, associée à un montage spécifique du moteur sur le support d'antenne.
  • La variation thermique peut conduire à un effet de dilatation ou bien au contraire un effet de « rétrécissement » du matériau.
  • On considère donc le coefficient de dilatation thermique de l'aluminium K1 (matériau du support), le coefficient de dilatation thermique de l'inox K2 (matériau de la couronne et du pignon) et le coefficient de dilatation thermique du matériau constituant la pièce intercalaire K3.
  • Un exemple de montage et d'assemblage de la bride au support d'antenne est explicité en relation avec les figures 3 à 8.
  • La figure 3 illustre le problème du jeu de battement pouvant exister entre les dents 29i de la couronne 29 et les dents 27j du pignon 27 de l'axe du moteur. Ce jeu de battement jb varie en fonction des déformations des matériaux résultant des différences dans les coefficients de dilatation des pièces supportant le pignon et la couronne dentée 29 coopérant avec ce dernier.
  • En considérant les éléments suivants, figure 4 :
    • d : la distance entre l'axe qui passe par la ligne de piétage H2 et l'axe du pignon 27,
    • Rc : le rayon primitif de la couronne,
    • R : le rayon à partir duquel il y a un déplacement relatif, sous dilatation thermique, entre la couronne de guidage 21 et le berceau de support 20,
    • Rp : le rayon primitif du pignon,
    • H1 : une ligne « haute » passant par deux plots situés sur le support,
    • H2 : une ligne de piétage ou plan de piétage en deux dimensions, passant par le centre de deux plots, par exemple,
    le choix de d se fera par exemple en respectant l'égalité : K 1 − K 2 * R c − R + R p ≈ K 3 − K 1 * d .
    Figure imgb0001
  • Pour satisfaire cette égalité on peut procéder par itération. Par exemple, R, K3 et d sont des variables d'ajustement possibles.
    La distance d est un paramètre qui dépend notamment de la dimension du dispositif final. Par exemple, pour le choix des paramètres, on prendra d compris dans un intervalle [dmin, dmax] défini par les contraintes d'encombrement du moteur, par exemple, selon des principes connus de l'homme du métier.
  • La valeur du coefficient de dilatation thermique différentielle K3 pour le matériau de la bride est par exemple fixée et dépend notamment des coefficients de dilatation thermique différentielle de l'aluminium et de l'inox dans cet exemple, plus généralement des coefficients de dilatation thermique des pièces de l'engrenage et du support. La valeur du coefficient de K3 est choisie supérieure aux valeurs de K1 et de K2 ou bien inférieure lorsque l'on inverse les dispositifs de fixation positionnés sur les lignes H1 et H2.
  • La valeur de R est un paramètre connu initialement, c'est une donnée mesurée. Les valeurs des rayons primitifs Rc et Rp sont figées par exemple par le choix de la motorisation du système. Par exemple, les rayons primitifs de la couronne et du pignon moteur seront définis par rapport à la taille du moteur et les caractéristiques de couple et de vitesse de rotation recherchées.
  • La dimension du moteur est par exemple choisie pour une application donnée, en respectant des contraintes de compacité. L'axe du pignon étant positionné, le moteur sera disposé au plus près des patins, par exemple.
  • On va chercher à conserver une valeur d'entraxe entre l'axe X et l'axe 27A du pignon 27. On choisit Rp et Rc afin de trouver un rapport de réduction optimal, en tenant compte de la géométrie du moteur et de ses dimensions.
  • Il reste deux variables ajustables, la valeur du rayon R et la valeur du coefficient de dilatation thermique K3 de la pièce supplémentaire ou bride 30 d'épaisseur eb.
  • Le matériau de la bride, et donc la valeur de K3, sont choisis en fonction de l'environnement dans lequel le dispositif est positionné, par exemple, en tenant compte de conditions physico-chimiques, des conditions de tenue mécanique, de l'environnement thermique, etc.
  • Les paramètres Rc, Rp, R et K3 étant connus, on calcule la valeur de la distance d, distance qui positionne les moyens de fixation de la ligne basse H2 par rapport à l'axe du pignon. Si la valeur de d obtenue satisfait les contraintes de dimension du moteur alors on conserve cette valeur. Dans le cas contraire, on modifie la valeur de R et/ou la valeur de K3 jusqu'à trouver une valeur de d satisfaisante.
  • La valeur de d obtenue permet de positionner la bride 30. Les étapes suivantes vont consister notamment à maintenir la bride 30 en place, à plat et en appui sur un plan tangent aux quatre plots du support 13 de la couronne, comme il va être détaillé ci-après.
  • Les figures 4 à 7 illustrent le montage de la bride et son maintien en place tout en conservant un degré de dilatation possible.
  • L'axe 27A du pignon 27 est relié au moteur 26 qui est fixé lui-même par une bride 30 en matériau thermostable, par exemple un matériau plastique thermostable, au support 13. La bride 30 est montée de façon à permettre un réglage fin de l'engrenage, une compensation des dilatations différentielles, et une compensation des défauts d'alignement afin d'assurer un contact linéique entre les dents 29i, 27j de l'engrenage. La bride 30 va être mise en appui sur un plan tangent aux quatre plots du support.
  • Le support 13 sur lequel sont montés le pignon 27 et la bride 30 comporte par exemple quatre plots 41, 42, 43, 44 comprenant chacun un trou taraudé et recevant des vis de fixation 45. Les plots ont une hauteur hp supérieure à l'épaisseur eb de la bride. Le montage de la bride 30 sur le support est réalisé en interposant, une cale 46 en matériau thermostatique entre le support 13 et une rondelle 47 ayant une fonction ressort connue dans le domaine sous l'expression « rondelle ressort ». La cale 46 assure ainsi une isolation galvanique entre la rondelle ressort 47 en inox et le support 13 en aluminium.
  • La bride 30 comporte, par exemple deux orifices 301, 302 disposés selon une première ligne horizontale H1 et deux orifices 303, 304 disposés selon une deuxième ligne horizontale H2 ou ligne fixe dans cet exemple. La forme des orifices 301, 302, 303, 304, est de préférence oblongue de façon à permettre un léger débattement dans la direction verticale lors du montage des éléments. Ce degré de liberté permet d'ajuster le jeu de l'engrenage en phase de montage dans une température ambiante supposée à 20°C. Préalablement, cela suppose de mesurer les défauts de circularité des dentures (pignon et couronne dentée) afin d'identifier les dents à mettre en vis-à-vis lors de la phase d'ajustement. Ce type de réglage est connu de l'homme du métier.
  • Le choix des tolérances et des ajustements entre les plots 41, 42, 43, 44 et les orifices 301, 302, 303, 304 fait l'objet de précautions particulières pour éviter de créer une situation d'hyperstatisme lors de variation de température. En variante, si le design de la bride s'y prête, les orifices qui s'ajustent aux plots peuvent se limiter à deux comme il est décrit sur la figure 8, ce qui simplifie l'obtention d'une liaison mécanique isostatique.
  • Comme illustré aux figures 5 et 6, une fois le réglage réalisé, la bride 30 est maintenue en appui sur quatre larges rondelles 49, chacune de ces rondelles étant en appui sur les plots 41, 42, 43, 44, par l'intermédiaire des vis 45 à visser dans les trous taraudés des plots, la hauteur des plots étant supérieure à l'épaisseur de la bride et les dimensions des rondelles supérieures à celles des orifices, il en résulte un positionnement de la bride entre les rondelles et le support 13
  • Au niveau des deux orifices 303, 304, disposés sur la ligne basse H2, l'appui de la bride 30 sur les rondelles 49 est obtenu par des appuis, par exemple des contre-vis pointaux 48 dont le serrage adapté permet de marquer la matière polymère de la bride ce qui occasionne un piétage de la ligne basse. L'effort, très largement supérieur à celui occasionné par le montage des rondelles ressort 47, offre une possibilité de montage/démontage aisé. On insère une grande rondelle 49 dont le diamètre est supérieur au trou en forme oblongue. La rondelle 49 est mise en appui sur un plot 41 par le serrage d'une vis 45. Les rondelles 49 créent un plan d'appui. La rondelle ressort 47 se trouve comprimée et crée en réaction une précharge qui met en appui la bride sur la rondelle 49. Ceci permet un glissement de la bride lorsque cette dernière subit une dilatation thermique. En permettant ce glissement on conserve la valeur d'entreaxe. La bride peut se déformer selon une direction où elle rencontre le moins de résistance, par exemple selon un mouvement de translation. La présence de la rondelle ressort garantit la souplesse recherchée.
  • Au niveau des deux orifices 301,302, disposés sur la ligne horizontale supérieure H1, l'appui de la bride 30 sur les rondelles 49 est obtenu par la réaction que crée la compression des rondelles ressorts 47 (figure 6). La rondelle ainsi que le jeu entre la bride 30 et le support 13, auquel il faut retrancher l'épaisseur de la cale 46, sont choisis de sorte à avoir une précharge faible comparativement à la charge amenée par les vis pointaux 48 sur la ligne basse.
  • Les rondelles ressort 47 procurent de la souplesse à l'assemblage et favorise le glissement. Elles sont notamment choisies pour supporter une précharge de l'ordre de 150N par rondelle, par exemple.
  • La figure 7 illustre par la flèche F le degré de liberté lors du montage de la bride.
  • La figure 8 schématise une variante de réalisation où la bride comporte deux rainures 80, 81 disposées dans la partie inférieure et dans la partie supérieure de la bride et au milieu. Ces deux rainures se positionnent au niveau de deux plots 83, 84 disposés sur le support 13 afin de faciliter le positionnement.
  • Le matériau de la bride est par exemple un matériau thermostatique de type commercialisé sous la marque PEEK ®.
  • Un tel principe d'assemblage permet notamment de guider la déformation thermique de la bride dans la direction opposant le moins de résistance. Il permet aussi de diminuer la variation de l'entraxe entre le pignon et le secteur denté lorsque la température ambiante varie. Ceci permet aussi de conserver un parallélisme entre l'axe du pignon et l'axe du secteur denté qui ne compromet pas la qualité de l'engrènement, car l'appui entre dent restera globalement un appui linéique.
  • Le principe de montage décrit aux figures précédentes peut s'appliquer dans différents types de système d'entrainement, le pignon pouvant coopérer avec un système de crémaillère. Il s'applique aussi pour des engrenages droits à axes parallèles, des engrenages coniques à axes concourants, des engrenages gauches, etc.
  • Le système selon l'invention permet notamment d'obtenir un positionnement précis de l'antenne et évite les problèmes de parallélisme résultant de dilatation thermique.

Claims (7)

  1. Dispositif de transmission de mouvement comportant au moins: un dispositif d'entraînement (26),
    un support (13),
    • Une première partie (27) constituée d'un premier matériau de coefficient de dilatation thermique K1, la première partie étant associée au dispositif d'entraînement (26),
    • Une deuxième partie (29) constituée d'un premier matériau de coefficient de dilatation thermique K1 montée sur le support (13) constitué d'un deuxième matériau de coefficient de dilatation thermique K2,
    caractérisé en ce qu'il comporte aussi :
    • Une bride de fixation (30) du dispositif d'entraînement (26), ladite bride de fixation (30) étant en un matériau présentant des caractéristiques de variation thermique K3 différentes de celles du matériau du support et de celles du matériau de la première partie et de la deuxième partie du dispositif,
    • ledit support (13) comporte au moins un premier plot (41, 42) dans sa partie supérieure et au moins un deuxième plot (43, 44) dans sa partie inférieure,
    • Ladite bride de fixation (30) comporte au moins un premier orifice (301, 302) et au moins un deuxième orifice (303, 304) ayant une forme adaptée à permettre le positionnement de la bride (30) sur le support (13), la position du premier orifice et du deuxième orifice permettant le positionnement de la bride sur le support au niveau des plots (41, 42, 43, 44),
    • Une rondelle ressort (47) disposée entre le support (13) et la bride (30) au niveau des plots (41, 42, 43, 44),
    • Une cale (46) en matériau thermostatique destinée à être disposée entre la rondelle ressort (47) et le support (13),
    • Une rondelle (49) disposée au niveau d'un des premiers ou des deuxièmes orifices de la bride (30) et qui prend appui sur les plots (41, 42, 43, 44), la hauteur hp desdits plots étant supérieure à l'épaisseur eb de la bride (30), et les dimensions des rondelles étant supérieures à celles desdits orifices afin de positionner la bride (30) entre ladite rondelle (49) et le support (13),
    • Des moyens de mise en appui (45) d'une rondelle (49) conduisant à la compression de la rondelle ressort (47) générant une précharge mettant en appui la bride (30) sur la rondelle (49) et permettant au matériau de la bride (30) de se déformer à partir d'une ligne de piétage H2 sous l'effet d'une variation thermique.
    • Des moyens de contre appui (48), positionnés sur la ligne de piétage H2 adaptés à mettre en appui la bride (30) sur une rondelle (49) par un effort très largement supérieur à celui occasionné par le montage des rondelles ressort (47).
  2. Dispositif de transmission de mouvement selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement est un moteur, la première partie est un pignon (27) accouplé au moteur (26) monté sur le support (13) par l'intermédiaire de la bride (30), la deuxième partie (29) est une couronne dentée montée sur le support (13), par l'intermédiaire d'une couronne de guidage (21) et de patins (14) qui fournissent un degré de liberté en rotation, ladite couronne dentée (29) coopère avec le pignon (27), et en ce que le support (13) comprend quatre plots filetés (41, 42, 43, 44) recevant des moyens de fixation (45), la bride (30) comporte deux orifices (301, 302) disposés selon une première ligne horizontale H1 et deux orifices (303, 304) disposés selon une ligne horizontale H2 dans la partie basse, la forme des orifices est choisie afin de permettre un léger débattement permettant au matériau de la bride de se dilater dans la direction verticale, les deux orifices (303, 304), disposés sur la ligne basse sont mis en position sur les deux plots inférieurs (43, 44) du support (13) et fixés par des moyens de fixation.
  3. Dispositif de transmission de mouvement selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens de fixation de la bride (30) ou moyen de piétage sont composés de vis pointeaux (48), dont le couple de serrage est adapté à permettre le montage/démontage facile.
  4. Dispositif de transmission de mouvement selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la bride (30) est en matériau plastique thermostable et adapté à éviter des phénomènes de dégradation physico-chimiques.
  5. Dispositif de transmission de mouvement selon la revendication 4 caractérisé en ce que le matériau de la bride (30) est en matériau thermostatique.
  6. Dispositif de transmission de mouvement selon l'une des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que le support (13) est en aluminium, le pignon (27) et la couronne (29) en inox.
  7. Dispositif de transmission de mouvement selon l'une des revendications 2 à 6 caractérisé en ce que la couronne (29) est configurée pour supporter une antenne de communication par satellite.
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