FR2480457A1

FR2480457A1 - Limiteur de force

Info

Publication number: FR2480457A1
Application number: FR8104666A
Authority: FR
Inventors: David James Lang
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1980-04-11
Filing date: 1981-03-09
Publication date: 1981-10-16
Also published as: FR2480457B1; GB2073844A; CA1159035A; SE8101574L; JPH0133399B2; IT8148239A0; IL62387A; JPS56160299A; IT1205318B; US4318304A; DE3111583A1; GB2073844B; DE3111583C2

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN LIMITEUR DE FORCE DU TYPE A VIS ET A BILLES. CE LIMITEUR COMPORTE UN ELEMENT DE SORTIE A MOUVEMENT ALTERNATIF, DU TYPE A ECROU ET CIRCUIT DE BILLES, MONTE SUR UNE VIS 31 DE COMMANDE QUI PEUT TOURNER PAR UNE EXTREMITE DANS LE CORPS 46 DU LIMITEUR. UNE ROUE DENTEE 56 D'ATTAQUE EST CALEE SUR CETTE VIS 31, DANS LE CORPS 46, ET UNE GOUPILLE 67, UN SUPPORT 66 DE PALIER ET UNE BAGUE 68, FIXES AU CORPS 46, SONT RELIES A LA VIS 31 DE MANIERE A POUVOIR LA LIBERER MECANIQUEMENT ET A PERMETTRE A DES DENTS 86, 87, SITUEES SUR LES FACES LATERALES DE LA ROUE DENTEE 56, D'ENTRER EN PRISE AVEC DES DENTS 85, 85 SOLIDAIRES DU CORPS 46 POUR INTERROMPRE AINSI LA TRANSMISSION DU MOUVEMENT DE ROTATION DE LA VIS 31 A L'ELEMENT DE SORTIE. DOMAINE D'APPLICATION: COMMANDE DES VOLETS MOBILES DES AILES D'AVION.

Description

248e457 L'invention concerne un limiteur de force du type à billes et vis

utilisé dans les dispositifs de commande de vol. Il est reconnu, en particulier dans l'actionnement des surfaces de commande d'un aéronef ou des tringleries reliées à ces surfaces, que l'apparition d'un blocage ou d'un grippage en un point quelconque de la chaîne d'actionnement peut provoquer, sous l'effet de la force transmise aux tringleries ou aux surfaces de commande bloquées, de graves détériorations de la structure de

l'aéronef ou des surfaces de commande de vol elles-mêmes.

Les constructeurs des actionneurs du type à vis et circuit de billes ont reconnu depuis longtemps qu'une surcharge d'un tel actionneur peut se produire sous l'application d'efforts excessifs. Pour empêcher toute détérioration de lJactionneur ou de l'appareil commandé, de

nombreux mécanismes d'absorption de charge ont été produits.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NI 3, 802 281 décrit un exemple typique d'un tel mécanisme. Ce brevet décrit en particulier un mécanisme d'entraînement d'une vis-mère 21 montée de manière à pouvoir exécuter un mouvement alternatif dans un ensemble 18 à écrou et circuit de billes. L'ensemble 18 est lui-même monté dans un élément tubulaire 14 d'entraînement réalisé d-'une seule pièce avec une roue 17 à denture droite qui est accouplée à un engrenage conique il, 12. La force est transmise par cet engrenage conique 11, 12 à l'actionneur. L'élément 14 d'entraînement est accouplé élastiquement à l'écrou 18 de manière à pouvoir tourner par rapport à ce dernier sous un couple prédéterminé. Un frein constitué de rouleaux 31 coincés contre le corps 10 de l'actionneur fonctionne sous l'effet de la rotation relative précitée entre l'élément de commande et l'écrou: Une bride 33 de l'écrou 11C coopère avec une semelle 35 de frottement afin de freiner le mouvement de rotation de l'écrou lorsqu'une charge axiale est appliquée à la vis-mère. L'invention telle que décrite ci-après évite d'avoir à utiliser une partie de l'écrou de l'ensemble pour détecter la présence d'un effort excessif. L'invention repose uniquement sur la détection d'une charge axiale excessive appliquée à la vis de I'actionneur. L'invention concerne donc un limiteur de force qui comprend un élément de sortie à mouvement alternatif transmettant des forces et porté par un élément de commande monté à une première extrémité afin de tourner dans le corps du limiteur de force. Un élément d'attaque est fixé à l'élément de commande logé dans le corps. Le -dispositif comporte un mécanisme de libération fixé au corps et relié à l'élément de commande de façon à pouvoir en être libéré mécaniquement pour permettre ainsi à cet élément de commande de se déplacer axialement vers l'intérieur du corps. Le mouvement axial vers l'intérieur du corps ne se produit que lorsqu'une force s'exerce axialement sur l'élément de commande, cette force étant orientée vers le corps et dépassant une valeur prédéterminée qui provoque une libération et un mouvement brusques de l'élément de commande et de l'élément d'attaque qui s'enclenchent et se verrouillent ainsi avec une partie du corps. Pendant que l'élément d'attaque est enclenché avec le corps, aucune force supplémentaire d'entraînement ne peut être. transmise de l'élément d'attaque à l'élément de commande et à l'élément de sortie et de transmission de force. Le mécanisme de libération permet en outre à l'élément de commande et à l'élément d'attaque d'exécuter un mouvement limité le long de l'élément de commande, dans un sens s'éloignant du corps lorsque l'élément de commande est soumis à une force prédéterminée dans le sens s'éloignant du corps.-L'élément d'attaque, en se déplaçant dans le sens s'éloignant du corps, s'enclenche et se verrouille mécaniquement avec une partie du

corps de manière qu'aucune force supplémentaire d'entraîne-

ment ne puisse être transmise par l'élément d'attaque à l'élément de commande et à l'élément de sortie et de

transmission de force.

L'invention a donc pour objet un limiteur de force destiné à être utilisé avec un actionneur à vis et billes/écrou, qui réagit à des forces présentes sur la vis pour limiter la transmission de l'effort à la vis dans le cas o l'ensemble à billes/écrou porté par la vis est soumis à une charge axiale excessive. Le limiteur est préréglé à une limite de charge au-delà de laquelle il se verrouille pour empêcher la poursuite de la transmission d'un effort à l'actionneur à vis et billes/écrou. L'invention erncerne donc un liniteur de force qui comprend une vis-mere p ortant uz nSem àle écrou et circuit de. billes pouvrant e:ruter un mouveaient alternatif le long de cette vis et assum&a la fonction de lélément de sortie du limiteur de forda une ' emire ezxtrémité de la vis est mon.te de m::iàL re à ptoi r tourner dans le limiteur de force. Unc roue dattaque A deanture droitc est fa ixe à la is. CIt%. r oue c mporte hdenAts dis'soes sur chacun de sea ro'8t e n...i.'u.... Uun crtain angle0 Des paires 7' anu!ai'c a e u 7 de de ns *e nie nages, espacés de chaque cot d 1 r d te, sont fieées àa l ntérieur du cors u 5i *ur u ans engrener avec la roue. Un _v. 'I.... fn 'est fixé au corps et est accouplé meêcan,Quu.:t. te meaniere amiovible à la vis afin de permettre 2M à t erniere de se déplacer azialement à l'intérieur du corps uGi. uement lozrsqu'elie est soîise à une force axziale orience ve7trs le corps e': dépassant uni3 valeur préréglée.o La ! ibératfi pro9Évoque un movemecnt brusqu e de la vis et de la roue È7ent,'ée qui lui e@st fixée de manière que les dents 5 sz:ueea eur le côté e la. roue denGteez engagent le jeu de dents d1 engrenage portértf' lú ie corps afin que le mouvement de rotation ne ?uis5e plus tre transmis de la roue dentée dattaqu. aà la vis et à l3ensemble de sortie à écrou et

circuit de billes.

Le mécanisme de libération permet également à la vis et a la roue dentée d'attaque de s'éloigner du corps sur une distance limitée, dans la direction longitudinale de la vis, lorsque l'élément de commande est soumis à une force tendant à l'éloigner du corps. Sous l'effet de ce mouvement, les dents latérales de la roue dentée engagent l'autre jeu annulaire de dents afin que le mouvement de rotation ne puisse plus être transmis de la roue dentée d'attaque à la

vis et à l'ensemble de sortie à écrou et circuit de billes.

La force demandée pour produire- la brusque libération est nominalement supérieure à la force nécessaire pour éloigner l'élément de commande du corps. Des ressorts du type Belleville sont également montés entre la roue dentée et le mécanisme de libération et entre la roue dentée et un

écrou fixé à la vis.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels partie du peut être lisiteur c - du limitei ligne 4-4 ligne 5-5 ligne 6-6 fu ai la figure 1 est une vue schématique en plan d'une iselage et de l'aile d'un avion auquel l'invention ppliquée utilement; la figure 2 est une élévation partielle du le force selon l'invention; la figure 3 est une coupe ir de force représenté sur la la figure 4 est une coupe de la figure a-; la figure 5 est une coupe de la figure 3; la figure 6 est une coupe de la figure 3; et horizontale partielle figure 2; partielle suivant la partielle suivant la partielle suivant la la figure 7 est une coupe partielle montrant l'enclenchement des dents des côtés de la roue à denture

droite et des dents d'engrenages du corps du limiteur.

La figure 1 représente en traits mixtes une partie li d'une aile et du fuselage d'un aéronef. L'invention

telle que décrite ci-après convient notamment à l'aéro-

nautique, dans lés cas o un certain nombre d'organes doivent être commandés simultanément. Il convient de noter que, bien que l'invention soit décrite dans son application à un avion, le limiteur de force s'avère également utile à des applications très diverses dans lesquelles un organe à commander de façon alternative risque de se gripper ou de se bloquer. Comme indiqué précédemment, la présence d'un grippage dans une tringlerie et la poursuite de l'application d'une force à cette tringlerie peuvent entraîner des détériorations non seulement de la tringlerie, mais également

des structures entourant et supportant la tringlerie.

Plusieurs volets 13 et 14 sont disposés le long de l'aile 12 de l'avion 11, comme montré sur la figure 1. Les volets 13 et 14 présentent les surfaces de commande de-l'aile 12 et leur mouvement d'une position de repli à une position de travail, comme indiqué par la flèche 16, est commandé par des dispositifs 17 et 18 de transformation ou de conversion de mouvement. Un élément 19 d'entraînement transmet, par l'intermédiaire d'un arbre flexible 21, qui est relié à un renvoi d'angle 26 et par l'intermédiaire de ce dernier à un limiteur de force 27, la force aux dispositifs 17 et 18 de conversion de mouvement. Un arbre flexible 28, représenté en traits mixtes, transmet la force au dispositif 18 qui est représenté de façon simplifiée et dont les détails sont identiques a ceux du dispositif 17 de transformation de

mouvement décrit plus en détail ci-après.

Le dispositif 17 de transformation ou de

conversion de mouvement comporte, comme mentionné précédem-

ment, un limiteur de force 27 dans lequel est fixée une vis-

mère 31 qui en fait saillie. Un ensemble 32 à écrou et circuit de billes est monté sur la vis-mère 31. Deux chariots 33 et 34 sont fixés par un boulon 36 à l'ensemble 32. Chacun

des chariots 33 et 34 comporte deux roues 37, 38 et 37', 38'.

La fixation des roues 37, 38 et 37', 38' au volet 13 n'est pas représentée. Le mode de fixation des chariots 33 et 34 et des roues 37, 38 et 37V, 38' au volet 13 n'entre pas dans le cadre de l'invention. Il suffit de noter qu'un mouvement alternatif communiqué au chariot par l'ensemble 32 à vis et écrou est transmis au volet 13 de manière à déplacer ce dernier dans les deux sens indiqués par la flèche 16. L'ensemble 32, qui constitue l'élément de sortie du limiteur de force, est animé d'un mouvement alternatif par la rotation de la vis-mère 31 le traversant. La rotation de la vis-mère 31 est produite par le dispositif 19 d'entraînement et par l'intermédiaire de l'arbre flexible 21, du renvoi d'angle 26 et du limiteur de force 27. Dans le cas o les chariots 33 et 34 et les roues 37, 38 et 37', 38' se grippent ou se bloquent, la poursuite de l'application d'une force par l'intermédiaire de la vis 31 à l'ensemble 32 à écrou et circuit de billes peut entraîner une détérioration de la structure du volet 13. Le limiteur de force 17 doit empêcher le système d'actionnement du volet d'endommager la structure de l'avion dans le cas d'un grippage de la surface de cette structure et/ou des tringleries. Si un grippage se produit dans la tringlerie d'un volet ou dans une glissière de volet (non représentée), le limiteur de force du dispositif de transformation de mouvement se trouvant à l'emplacement du grippage doit empêcher le couple de calage du dispositif 19 de commande d'endommag er la structure de l'avion ou la surface de commande de vol. Après que le limiteur de force 27 a assumé sa fonction, il est souhaitable que le système d'actionnement soit rendu inopérant et que la surface de commande telle que celle présentée par les volets 13 et 14 soit maintenue en position fixe pour assurer le maintien de la commande de

l'avion. Le limiteur de force 27, décrit plus en détail ci-

après, assure une protection supplémentaire de tous les organes du système tels que le volet 14 et le dispositif 18 de conversion de mouvement situés en aval du limiteur 27

subissant un grippage.

La figure 2 représente plus en détail le dispositif 17 de conversion de mouvement de la figure 1. La figure 2 montre clairement la vis-mère 31 sur laquelle est monté l'ensemble 32 à écrou et circuit de billes. Bien que non représenté sur cette figure, le boulon 36 passe dans un trou 41 de l'ensemble 32. La vis 31 est montée de manière à pouvoir tourner dans le corps 46 du limiteur de force. Le montage de la vis 31 dans le corps 46 sera décrit plus en détail ci-après en regard de la figure 3. Une ouverture 47 d'entraînement de forme carrée est destinée à recevoir la

force d'entrée du renvoi d'angle 26 montré sur la figure 1.

Un joint 48 à rotule, représenté en détail sur la figure 4, est disposé sur le côté droit du corps 46 du limiteur de force, comme montré sur la figure 2. Ce joint 48 réalise une articulation universelle avec une partie non représentée de

la structure de l'avion.

La figure 3 représente en coupe le limiteur de force 27. Le corps 46 de ce limiteur de force renferme une vis sans fin 49 représentée en traits pointillé!s La vis sans fin 49 est traversée axialement par l'ouverture carrée 47 d'entraînement. La force est transmise au limiteur 27 par l'intermédiaire de la vis sans fin 49o Une roue hélicoïdale 56 est représentée en prise avec la vis sans fin 49. Cette roue 56 est fixée sur ur tronçon atre 57 de diamètre réduit de la vis-mèere 31o Une clavette 53, positionnee comme reesréenté,, empech1e la r hue l he!z dale 5. de tourner sur le trongçn 3c72tr e 5 c3 e d ia, tre réUito Un 4crou 59 de blocage est rerents co wae étanr- fix sur ictroncon extreme 57o Des rondelie- Be ville 1 et 62..nt disposées entre la oue l. h5 óC /a! C C et 3i' D do bLocaged Un support 66

_ de c s Ln r' t,:,r- ioyenzno..........représentés.

au corps 4 d iimiteu1; d forced Une goupille 67 de tcislúem e1,,Ct trverser ome epre sne une partie du supD - t 6ei dde plr t pénètre deias un bloc ou une !ague 8 Cette derniere est placée encre des jeux de roulei s a iguillte 71' 72 et 7 - 74 qui sont supportés par d: ba&nues 75 et 77 d'appuio. Un coussinet auto-lubrifiant 76 est dîisosé entre la bague- 68 et le trongc, n extreme 57 de tdiamître réduit de la vis Lo Un joint radial 78 est logée comme reprsentS, fentre la bague 75 d'appui et le support 66 de corps de palier5 TUre goupille 81 est ajustée dans le i. roncon extr6me 57 de d.laAètre réduit de la vis 31i comme représened0 Cette goupille 0! peut coulisser dans une rainure 82 de la hague 75 d'appuio Deux rondelles Belleville 83 et 84 sont disposées comme représenté a droite de la bague 77 d appui. La roue hélicoïdale 56 est réalisée d'une seule pièce avec des dents 86 et 87 d'engrenage situées sur ses faces latérales. La disposition des dents d'engrenage sur les côtés ou faces latérales de la roue hélicoidale 56 est montrée sur la figure 5. Deux dentures annulaires 85 et 85' sont solidarisées au corps 46 du limiteur de force. La coopération des dents 87 et 85 d'engrenage apparaît clairement sur la figure 7 qui montre que les dents 85 et 87 ont des angles de dégagement négatifs 88 et 89. Le montage et la position de la goupille 67 de cisaillement apparaissent

clairement sur la figure 6.

La goupille 67 de cisaillement, le support 66 de corps de palier et la bague 68 constituent un mécanisme de libération pour la vis 31. Dans le cas o l'ensemble 32 à écrou et circuit de billes est arrêté, sous l'effet d'un grippage ou d'un blocage, dans sa course l'éloignant du corps 46 du limiteur de force, la vis-mère 31 est soumise à une force axiale orientée vers le corps 46 du limiteur de force

et s'exerçant sur les jeux 71 et 72 de roulements à aiguille.

La grosseur et la matière de la goupille 67 de cisaillement règlent et déterminent la force limite pouvant être appliquée axialement à la bague 58 par l'intermédiaire des roulements 71 et 72. Dans le cas o la charge de la vis 31 dépasse la résistance au cisaillement de la goupille 67, la bague 68 et l'ensemble associé à palier se déplacent vers la droite, comme montré sur cette figure. Le mouvement vers la droite est brusque et entraîne un engagement des dents 87 de la face latérale de la roue hélicoïdale 56 avec la denture annulaire 85 fixée au corps 46 du limiteur de force. Cette entrée en prise des dents 87 et 85 empêche toute poursuite du mouvement de rotation pouvant être transmis de la vis sans fin 49 à la

vis 31 par l'intermédiaire de la roue hélicoïdale 56.

Dans le cas o l'ensemble 32 à écrou et circuit de billes se déplace vers la droite, comme montré sur la figure 2, et o u.-.-!locage se produit, la charge exercée sur la vis 31 est telle que cette vis est soumise à une force tendant à l'éloigne: du corps 46 du limiteur de force. La force indiquée ci-dessus et orientée vers l'extérieur du corps 46 est transmise par le tronçon extrême 57 de diamètre réduit à l'écrou 59 de blocage, puis, par l'intermédiaire des rondelles Belleville 61 et 52, de la roue dentée hélicoïdale 56 et des rondelles Belleville 83 et 84, à la bague 77 d'appui. La force indiquée ci-dessus provoque une compression des rondelles Belleville 83 et 84, ce qui permet à la roue dentée hélicoïdale 56 de se déplacer vers la gauche, comme montré sur la figure 3, ce qui entraîne l'engagement des dents 86 d'une face latérale de la roue hélicoïdale avec les

dents 85' portées par le support 66 du corps de palier.

L'entrée en prise de ces dents empêche la poursuite de la transmission de force de la vis sans fin 49 à la vis 31 par

l'intermédiaire de la roue dentée hélicoïdale 56.

La description précédente de l'inventibn montre

donc de façon claire que le limiteur de force selon l'invention réagit à des forces axiales engendrées dans une vis et dans un élément de commande à billes et écrou, de manière qu'une charge axiale excessive appliquée à la vis provoque un blocage de cette dernière pour empêcher la poursuite de la transmission de force par la vis à l'élément

de commande à billes et écrou.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au limiteur de force décrit et

représenté sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Limiteur de force, caractérisé en ce qu'il comporte un élément (32) de sortie à mouvement alternatif, transmettant une 'force et porté par un élément (31) de commande dont une première extrémité est montée de manière à pouvoir tourner dans le corps (46) du limiteur de force, un élément (56) d'attaque fixé à l'élément de commande à l'intérieur du corps, et des organes de libération (66, -67, 68) fixés au corps du limiteur et reliés à l'élément de commande de façon à pouvoir en être libérés mécaniquement pour permettre à cet élément de commande de se déplacer axialement dans le corps lorsqu'il est soumis à une force

axiale orientée vers le corps et dépassant une valeur pré-

déterminée, ce qui a pour effet une brusque libération et-un déplacement de l'élément' de commande et de l'élément d'attaque vers une position de blocage avec une partie du corps du limiteur afin que la force d'entrée ne puisse plus être transmise de l'élément d'attaque à l'élément de commande

et à l'élément de sortie transmettant la force.

2. Limiteur de force selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de commande et. les organes de libération permettent à cet élément de commande et à l'élément d'attaque d'exécuter un mouvement limité dans la direction longitudinale dudit élément de commande, vers l'extérieur du corps, lorsqu'une force prédéterminée est appliquée à l'élément de commande dans le sens l'éloignant du corps, l'élément d'attaque, sous l'effet dudit mouvement, se verrouillant mécaniquement avec une partie du corps du limiteur de manière que la force d'entrée ne puisse plus' être transmise de l'élément d'attaque à l'élément de commande et à

l'élément de sortie transmettant la force.

3. Limiteur de force selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite force orientée dans la direction du corps et nécessaire pour provoquer une brusque libération est supérieure à ladite force nécessaire pour éloigner du

corps l'élément de commande.

4. Limiteur de force selon la revendication 3,

caractérisé en ce que l'élément de commande est une vis (31).

la

5. Limiteur de force selon la revendication 4,

caractérisé en ce que l'élément d'attaque est une roue (56) à-

denture droite, comportant des dents (86, 87) disposées sous un certain angle sur ses faces latérales, le corps comportant des dentures annulaires (85, 85') espacées des faces latérales de la roue (56) et qui ne sont pas en prise avec

ladite roue dentée (56).

6. Limiteur de force selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des organes élastiques de rappel (83, 84; 61, 62) disposés entre la roue dentée et les organes de libération, d'une part, et entre la roue dentée et

une partie de la vis, d'autre part.-

7,, Limiteur cle force selon la revendication 6, caractérisé en ce que les organes élastiques de rappel sont

des ressorts Belleville.

8 Limiteur de force selon la revendication 7, caractérisé en ce que les organes de libération comprennent une goupille (67) de cisaillement dont un premier tronçon est fixé dans le corps et dont un second tronçon est logé dans

une bague (68) montée à proximité d'-un épaulement de la vis.

9; Limiteur de force selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément de sortie est un écrou (32) à

circuit de billes.

10. Limiteur de force, caractérisé en ce qu'il comporte une vis (31) portant un élément (32) de sortie à mouvement alternatif, transmettant. des forces, cette vis étant montée de manière à pouvoir tourner par une extrémité dans le limiteur de force (27), une roue dentée (56) d'attaque étant fixée à la vis et comportant des dents (86 ou 87) disposées sur l'un de ses côtés et formant un certain angle avec ce côfé, le limiteur comportant un corps (46) auquel est fixé un jeu annulaire de dents (85 ou 85') d'engrenage, espacées les unes des autres et n'engrenant pas avec la roue dentée, des organes (66, 67, 68) de libération, fixés au corps du limiteur, étant reliés à la vis de manière à pouvoir en être libérés mécaniquement afin de permettre à cette vis de se déplacer axialement dans le-corps uniquement lorsque ladite vis est soumise à une force axiale orientée vers le corps et dépassant une valeur prédéterminée, ce qui entraîne un mouvement brusque de -la vis et de la roue dentée afin que les dents (86 ou 87) situées sur le côté de cette roue dentée engagent le jeu annulaire de dents (85 ou 85') et qu'aucun mouvement de rotation ne puisse plus être transmis de la roue dentée à la vis et à l'élément de transmission de force.