FR2492908A1

FR2492908A1 - Rotary type slave actuator - has vane operated by fluid pressure selectors and pressure limiter formed by ball valve

Info

Publication number: FR2492908A1
Application number: FR8023106A
Authority: FR
Inventors: Michel Fayolle
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1980-10-29
Filing date: 1980-10-29
Publication date: 1982-04-30
Also published as: FR2492908B1

Abstract

The rotary actuator has a sealed volume formed by a cylindrical wall of a sleeve and two flanges blocking the ends. This space has a stop on one flange and a mobile vane on a rotor shaft. The stop works with the vane and wall to form sealed chambers for fluid under pressure. One or other of the chambers (304,305) communicates with selectors and/or pressure limiters (401,405,405',406') with feed holes between seals to the flanges and rotor shaft. The pressure limiter is a ball (401) under differential chamber pressure, moving between seats in the feed.

Description

Vérin rotatif d'asservissement
L'invention concerne un vérin rotatif d'asservissement du type comportant un volume étanche délimité par une paroi cylindrique constituant un manchon et par deux flasques obturant les extrémités du manchon, ce volume étanche contenant au moins une butée fixe portée par un flasque et une palette mobile portée par un arbre de rotor, la butée fixe coopérant avec la palette mobile et ladite paroi pour constituer à l'intérieur dudit volume des chambres étanches accessibles au fluide d'une source de pression. Lorsque la pression d'une chambre est supérieure à la pression de l'autre chambre, l'arbre de rotor tourne dans l'un ou l'autre sens, selon la chambre qui se trouve en surpression.Rotary servo actuator
The invention relates to a rotary servo actuator of the type comprising a sealed volume delimited by a cylindrical wall constituting a sleeve and by two flanges closing the ends of the sleeve, this sealed volume containing at least one fixed stop carried by a flange and a pallet mobile carried by a rotor shaft, the fixed stop cooperating with the movable pallet and said wall to form within said volume sealed chambers accessible to the fluid of a pressure source. When the pressure of one chamber is greater than the pressure of the other chamber, the rotor shaft rotates in either direction, depending on the chamber which is in overpressure.

Lorsqutun tel vérin doit commander les mouvements d'une charge asservie en position d'un robot industriel, les débits de fuite constatés entre les chambres du vérin sont préjudiciables à la precision souhaitée des mouvements de la charge. Pour remédier à cet inconvénient, l'étanchéité des chambres est assurée par un joint logé dans la palette mobile et situé en regard des flasques et de la paroi cylindrique du manchon et par des joints disposés entre les flasques et l'arbre de rotor. When such a jack must control the movements of a slave load in the position of an industrial robot, leakage rates found between the cylinder chambers are detrimental to the desired accuracy of the movements of the load. To remedy this drawback, the sealing of the chambers is provided by a seal housed in the movable pallet and located opposite the flanges and the cylindrical wall of the sleeve and by seals disposed between the flanges and the rotor shaft.

Les dispositions connues de ces joints ne permettent pas la réduction complète des débits de fuite ni la realisation de vérins asservis dont la technologie nécessite une liaison très courte avec l'organe de distribution telle qu'unie servovalve dans le but de réduire le volume compressible entre cet organe et le vérin et, par voie de conséquence, le temps de réponse du vérin.The known arrangements of these joints do not allow the complete reduction of the leakage rates nor the realization of slave cylinders whose technology requires a very short connection with the distribution member such as a servovalve in order to reduce the compressible volume between this body and the cylinder and, consequently, the response time of the cylinder.

L'invention vise par conséquent un vérin asservi dont l'agencement des moyens d'étanchéité reduit les fuites entre les chambres. Un second objectif est la réduction du volume compris entre l'organe de commande et les chambres du verin.The invention therefore relates to a slave cylinder whose arrangement of the sealing means reduces leakage between the chambers. A second objective is the reduction of the volume between the control member and the chambers of the cylinder.

L'invention a également pour objet un vérin asservi dont les chambres sont reliées par des moyens limiteurs de pression qui limitent la pression différentielle entre les chambres à une valeur de tarage et évitent un accroissement inacceptable de la pression différentielle sous l'action de l'inertie de la charge à la suite d'une commande d'arrêt du mouvement de celle-ci. The invention also relates to a slave cylinder whose chambers are connected by pressure limiting means which limit the differential pressure between the chambers to a set value and avoid an unacceptable increase in the differential pressure under the action of the inertia of the load as a result of a stop command of the movement thereof.

Conformément à l'invention, l'une des chambres du vérin est en communication par des moyens de sélection et/ou de limitation de pression avec une voie d'alimentation de cavités définies entre des moyens d'étanchéité associés aux flasques et des moyens d'étanchéité associés à l'arbre de rotor.According to the invention, one of the chambers of the jack is in communication by means of selection and / or pressure limitation with a cavity feeding channel defined between sealing means associated with the flanges and means for sealing associated with the rotor shaft.

bans le vérin ainsi réalisé, la pression interne du vérin applique l'ensemble des joints d'étanchéité contre les parois adjacentes aux joints et supprime ainsi le débit de fuite. Ltemploi de clapets obturateurs agencés selon l'invention assure l'alimentatlon de la cavité interjoints par ia pression la plus élevée des chambres et l'application desdits joints contre les parois.In the cylinder thus produced, the internal pressure of the jack applies all the seals against the walls adjacent to the seals and thus eliminates the leakage flow. The use of shut-off valves arranged according to the invention ensures the supply of the interjoint cavity by the highest pressure of the chambers and the application of said seals against the walls.

On décrira ci-apres des modes de réalisation préférés de l'invention en référence au dessin dans lequel - la figure 1 est une coupe longitudinale du vérin, - la figure 2 est une coupe transversale du vérin selon la ligne Il-Il
de la figure 1, - la figure 3 est une variante de réalisation du dispositif d'étanchéité
de l'arbre du rotor, - la figure 4 est une coupe partielle transversale du vérin et de la
palette, - la figure 5 est une coupe longitudinale de la palette selon la
ligne V-V de la figure 4, - la figure 6 est une coupe longitudinale d'une variante de réalisation
de la palette, - les figures 7, 8 sont les représentations schématiques de deux variantes
du circuit hydraulique intégré au vérin.Hereinafter will be described preferred embodiments of the invention with reference to the drawing in which - Figure 1 is a longitudinal section of the cylinder, - Figure 2 is a cross section of the cylinder along the line II-II
of Figure 1, - Figure 3 is an alternative embodiment of the sealing device
of the rotor shaft, - Figure 4 is a partial cross section of the cylinder and the
pallet, - Figure 5 is a longitudinal section of the pallet according to
VV line of Figure 4, - Figure 6 is a longitudinal section of an alternative embodiment
of the pallet, - Figures 7, 8 are diagrammatic representations of two variants
hydraulic circuit integrated in the cylinder.

Le vérin rotatif representé à la figure I est constitué par deux flasques 101, 102 séparés par une paroi cylindrique constituee par un manchon 103 à chemin intérieur cylindrique 104 assemblé par des boulons 105 disposés à la périphérie des flasques.The rotary jack represented in FIG. 1 consists of two flanges 101, 102 separated by a cylindrical wall constituted by a sleeve 103 with a cylindrical internal path 104 assembled by bolts 105 arranged at the periphery of the flanges.

Les flasques 101, 102 portent les paliers 106, 106' lisses ou à corps roulants de l'arbre de rotor 107 dont une extrémité porte le moyeu d'accouplement 108 à la charge, ledit moyeu pouvant être constitué par exemple par des cannelures ou par une rainure de clavetage. L'autre extrémité de l'arbre de rotor porte le moyeu d'accouplement 109 d'un dispositif de détection de la position angulaire de l'arbre de rotor.The flanges 101, 102 carry the bearings 106, 106 'smooth or rolling body of the rotor shaft 107, one end of which the coupling hub 108 to the load, said hub can be constituted for example by grooves or by a keyway. The other end of the rotor shaft carries the coupling hub 109 of a device for detecting the angular position of the rotor shaft.

Une palette mobile 110 est liée rigidement à l'arbre 107 et se déplace angulairement dans le volume delimité par les flasques 101, 102 et le chemin cylindrique 104 du manchon 103. Les déplacements de la palette sont limités angulairement par une butée fixe 111 rapportée sur l'un des flasques au moyen de pieds de centrage 112.A movable pallet 110 is rigidly connected to the shaft 107 and angularly moves in the volume delimited by the flanges 101, 102 and the cylindrical path 104 of the sleeve 103. The movements of the pallet are limited angularly by a fixed stop 111 reported on one of the flanges by means of centering feet 112.

On notera que le nombre de palettes et de butées qui est de un dans le cas représenté peut être augmente pour obtenir un angle de rotation plus faible, mais un couple plus important.Note that the number of pallets and stops that is one in the case shown can be increased to obtain a lower rotation angle, but a larger torque.

Le chemin cylindrique 104, la palette 110 et la butée 111 délimitent deux chambres 113 et 114. Chacune de ces chambres est reliée par des canaux 115, 116 à l'organe de distribution 117 commandant les mouvements de la palette 110 donc de l'arbre 107. Les canaux 115, 116 débouchent dans un plan de raccordement 117 A et celui-ci porte l'organe de distribution 117. L'étanchéité entre les chambres 113 et 114 est réalisée - au niveau de la palette 110, par un joint plastique 118 précontraint
par un joint en élastomère 119 tous les deux situés dans une rainure
disposée à la périphérie et sur les flancs de la palette, - au niveau de la butée 111, par deux joints 120, 120' plastiques.Les
deux joints plastiques ont une forme en U et permettent d'assurer
l'étanchéité sur tout le pourtour de la butée, un joint élastomère 121
précontraint les joints 120, 120', - au niveau des flasques 101, 102 par des joints circulaires rigides,
métalliques ou plastiques 122, 122' disposés dans deux cavités circu
laires 123, 123' des flasques 101, 102 qui sont appliqués contre les
parois cylindriques intérieure et extérieure de la cavité correspondante
sous l'action d'une pression de fluide.Les joints 122, 122' sont
poussés axialement contre l'arbre 107 au moyen de joints élasto
meres 124, 124' placés sur les fonds des cavités 123, 123', - au niveau de 11 arbre 107, dans le but d'éviter les fuites d'huile
vers l'extérieur, par des joints circulaires rigides 125, 125' analogues
aux joints 122, 122' disposés concentriquement à ces derniers dans
les mêmes cavites 123, 123' et poussés axialement contre l'arbre 107
par des joints elastomères 126, 126' placés sur le fond desdites
cavités. Cet agencement isole les paliers 106, 107 du fluide
hydraulique.The cylindrical path 104, the pallet 110 and the abutment 111 delimit two chambers 113 and 114. Each of these chambers is connected by channels 115, 116 to the dispensing member 117 controlling the movements of the pallet 110 thus of the shaft 107. The channels 115, 116 open into a connection plane 117 A and this carries the dispensing member 117. The seal between the chambers 113 and 114 is made - at the pallet 110, by a plastic seal 118 prestressed
by an elastomer seal 119 both located in a groove
disposed at the periphery and on the flanks of the pallet, - at the abutment 111, by two seals 120, 120 'plastics.
two plastic seals have a U-shape and make it possible to ensure
sealing all around the stopper, an elastomer seal 121
prestressing the seals 120, 120 ', - at the flanges 101, 102 by rigid circular seals,
metal or plastic 122, 122 'arranged in two circular cavities
123, 123 'of the flanges 101, 102 which are applied against the
cylindrical inner and outer walls of the corresponding cavity
under the action of a fluid pressure. The seals 122, 122 'are
pushed axially against the shaft 107 by means of elasto joints
mothers 124, 124 'placed on the bottom of the cavities 123, 123', - at the level of 11 shaft 107, in order to prevent oil leakage
to the outside, by rigid circular seals 125, 125 '
at the joints 122, 122 'arranged concentrically with these in
the same cavities 123, 123 'and pushed axially against the shaft 107
by elastomeric seals 126, 126 'placed on the bottom of said
cavities. This arrangement isolates the bearings 106, 107 from the fluid
hydraulic.

Selon la variante de réalisation représentée à la figure 3, les joints circulaires intérieurs 125, 125' sont remplacés par les joints d'arbre 201, 202. Les cavités 203, 204 contenant les joints circu laires 205, 206 disposés à la manière des joints précités 122, 122' sont mises en pression comme les cavités 123, 123'. Cette manière de procéder permet de lubrifier simultanément les paliers 106, 106'.According to the variant embodiment shown in FIG. 3, the inner circular joints 125, 125 'are replaced by the shaft seals 201, 202. The cavities 203, 204 containing the circular seals 205, 206 arranged in the manner of the seals 122, 122 'are pressurized as the cavities 123, 123'. This way of proceeding makes it possible to lubricate the bearings 106, 106 'simultaneously.

La mise sous pression des cavités 123, 123' ou 203, 204 comprises entre les deu paires de joints 122, 122' et 125, 125' (fig. 1) ou 201, 202 et 205, 206 (fig. 4) s'effectue de la maniera suivante : une source de pression extérieure alimente par exemple l'organe de distribution 117 et les cavités 123, 123'.Pressurizing cavities 123, 123 'or 203, 204 between the two pairs of seals 122, 122' and 125, 125 '(FIG 1) or 201, 202 and 205, 206 (FIG 4) This is done in the following manner: an external pressure source supplies, for example, the dispensing member 117 and the cavities 123, 123 '.

A cet effet, on fait déboucher un canal 128 dans la cavité 123 au travers du flasque 101 et à partir d'un orifice 127 du plan de raccordement 117 A. L'autre cavité 123' est alimentée à partir de la premiere cavité 123 par l'intermédiaire d'un canal 129 percé dans le pied de la palette 110. Selon une variante de réalisation, on alimente les cavités 123, 123' par la pression la plus élevée des chambres 113 ou 114.For this purpose, a channel 128 is opened in the cavity 123 through the flange 101 and from an orifice 127 of the connection plane 117 A. The other cavity 123 'is fed from the first cavity 123 by via a channel 129 pierced in the foot of the pallet 110. According to an alternative embodiment, the cavities 123, 123 'are supplied by the highest pressure of the chambers 113 or 114.

La pression dans les cavités 123, 123' ou 203, 204, comprises entre les deux paires de joints 122, 122' et 125, 125' (fig. 1) ou 201, 202 et 205, 206 (fig. 4) sera alors supérieure à la plus petite des pressions qui règne dans les chambres 113 ou 114.The pressure in the cavities 123, 123 'or 203, 204, between the two pairs of seals 122, 122' and 125, 125 '(FIG 1) or 201, 202 and 205, 206 (FIG 4) will then be greater than the smallest pressure in rooms 113 or 114.

Le dispositif de mise en pression des cavités précitées est représenté aux figures 4, 5 et constitue un sélecteur à bille logé à l'intérieur de la palette. Ce sélecteur comprend deux aièges 301, 302 en sortie des chambres entre lesquels se déplace une bille 303. La bille 303 est soumise à la pression différentielle PA - P3 des deux chambres 304, 305.The device for pressurizing the aforementioned cavities is shown in FIGS. 4, 5 and constitutes a ball-type selector housed inside the pallet. This selector comprises two seats 301, 302 at the outlet of the chambers between which a ball 303 moves. The ball 303 is subjected to the differential pressure PA-P3 of the two chambers 304, 305.

La bille 303 est appliquée par les efforts de pression sur le siège de sortie de chambre dans laquelle règne la plus faible pression soit, par exemple, sur le siège 302 si PA > P3. The ball 303 is applied by the pressure forces on the chamber seat in which the lower pressure prevails, for example, on the seat 302 if PA> P3.

Les chambres 304 et 305 sont alors isoles et la pression PA s'établit dans les cavités par l'intermédiaire de passages de fluide 308 et 309 dans la palette définissant la voie de communication d'une chambre 304 ou 305 avec lesdites cavités.The chambers 304 and 305 are then isolated and the pressure PA is established in the cavities via fluid passages 308 and 309 in the pallet defining the communication path of a chamber 304 or 305 with said cavities.

Cette disposition utilise donc seulement les canaux de liaison 115, 116 entre la face 117 A et le vérin proprement dit. Elle est donc intéressante lorsque, pour des raisons d'implantation, l'organe de distribution 117 est éloigne du verin rotatif du fait que le raccordement entre ces deux organes s'effectue à l'aide de 2 canalisations.This arrangement therefore uses only the connecting channels 115, 116 between the face 117 A and the jack itself. It is therefore interesting when, for reasons of implantation, the dispensing member 117 is away from the rotary cylinder because the connection between these two members is effected by means of 2 pipes.

Quel que soit le dispositif de mise en pression des cavités interjoints, la pression interne du vérin applique les joints contre les diverses parois et supprime ainsi la cause d'un débit de fuite entre elles et les joints.Whatever the device for pressurizing the interjoint cavities, the internal pressure of the jack applies the seals against the various walls and thus eliminates the cause of a leakage flow between them and the seals.

Le vérin rotatif d'asservissement possède également des moyens limiteurs de pression limitant la différence de pression entre les deux chambres.The rotary servo actuator also has pressure limiting means limiting the pressure difference between the two chambers.

Ces clapets peuvent être intégrés dans l'un des flasques ou dans la palette comme représenté à la figure 6 qui associe les deux fonctions - sélection de la pression la plus élevée, - limitation de la pression différentielle.These valves can be integrated in one of the flanges or in the pallet as shown in Figure 6 which combines the two functions - selection of the highest pressure, - limitation of the differential pressure.

Le dispositif comprend une bille 401 mobile dans un fourreau 402 logé au plan de svmétrie passant par dans un alésage 403 de la palette,perpendiculaire/l'axe de~rotatlon de celle-ci. Le fourreau 402 est solidaire, en translation et en rotation, de l'alésage 403 par tout moyen connu (anneaux élastiques, vis). La bille 401 peut se déplacer selon l'axe de l'alésage 403 entre deux clapets 405, 405' en repos sur les sièges 406, 406' formés par les arêtes du fourreau 402 par l'intermédiaire de deux ressorts 407, 407', ces derniers prenant appui sur des rondelles 408, 408' retenues axialement dans l'alésage 403 par des anneaux élastiques intérieurs 409, 409'.The device comprises a ball 401 movable in a sheath 402 housed in the plane of svmetry passing through a bore 403 of the pallet, perpendicular / rotational axis ~ thereof. The sheath 402 is integral, in translation and in rotation, with the bore 403 by any known means (elastic rings, screws). The ball 401 can move along the axis of the bore 403 between two valves 405, 405 'resting on the seats 406, 406' formed by the edges of the sleeve 402 by means of two springs 407, 407 ', the latter bearing on washers 408, 408 'retained axially in the bore 403 by inner elastic rings 409, 409'.

Les clapets 405, 405' sont munis d'orifices 410, 410' de diamètre inférieur à celui de la bille 401 mais suffisant pour laisser s'éccrlr le debit d'une chambre telle que 304 ou 305 vers vautre, en cas d'ouverture d'un des deux clapets. Le fourreau 402 est percé d'un passage de fluide radial 411 qui communique avec un passage 412 analogue au passage 308 de la figure 5 afin d'alimenter la cavité interjoints.The valves 405, 405 'are provided with orifices 410, 410' whose diameter is smaller than that of the ball 401 but sufficient to allow the flow of a chamber such as 304 or 305 to flow towards the other, in the event of opening. one of the two flaps. The sleeve 402 is pierced with a radial fluid passage 411 which communicates with a passage 412 similar to the passage 308 of Figure 5 to supply the interjoint cavity.

Le fonctionnement des moyens limiteurs de pression est le suivant - lorsque la différence de pression P A - P3 reste inférieure à la
pression de tarage des ressorts 407, 407Z, les clapets 405, 405'
restent appliqués sur leurs sieges 406, 406' et aucun débit ne passe
de la chambre 304 à la chambre 305 La bille 401 est appliquée
contre le clapet 405 si PB) PA ou contre le clapet 405' si l'A > Pg. The operation of the pressure-limiting means is as follows - when the pressure difference PA - P3 remains lower than the
set pressure of springs 407, 407Z, valves 405, 405 '
remain applied on their seats 406, 406 'and no flow passes
from bedroom 304 to bedroom 305 Ball 401 is applied
against the valve 405 if PB) PA or against the valve 405 'if the A> Pg.

Le passage de fluide 412 d'alimentation des cavités inter-joints
est alors relié à la chambre où règne la plus forte pression, - si la différence de pression P A - P3 atteint la valeur de tarage
des ressorts 407, 407', l'un des clapets 405, 405' se soulève de son
siège. Ainsi, si PX ; Pg, la pression PA repousse la bille 401 contre
le bord du trou 41 > et écarte le clapet 405' de son siège 406'.The fluid passage 412 supplying the inter-joint cavities
is then connected to the chamber with the highest pressure, - if the pressure difference PA - P3 reaches the setting value
springs 407, 407 ', one of the valves 405, 405' is raised from its
seat. So, if PX; Pg, the pressure PA pushes the ball 401 against
the edge of the hole 41> and spreads the valve 405 'of its seat 406'.

Un débit s'écoule alors de la chambre 304 à la chambre 305 par la
voie du trou 410 ménagé dans le clapet 405, de l'espace entre la
bille 401 et le fourreau 402, de l'espace entre le siège 406' et le
clapet 405' et du jeu entre le clapet 405' et l'alésage 403.A flow then flows from the chamber 304 to the chamber 305 by the
way of the hole 410 formed in the valve 405, the space between the
ball 401 and the sheath 402, the space between the seat 406 'and the
valve 405 'and the clearance between the valve 405' and the bore 403.

On notera que ce même dispositif peut etre utilisé en l'absence de la fonction sélecteur : le fourreau 402 ne comprend alors pas le passage 411 ; seule la fonction limitation de pression est assurée, sous un faible encombrement.Note that this same device can be used in the absence of the selector function: the sleeve 402 does not then include the passage 411; only the pressure limitation function is ensured, under a small footprint.

Les figures 7 et 8 représentent schématiquement les différentes fonctions remplies par le vérin rotatif d'asservissement 1, objet de la demande, lorsque la mise en pression de la cavité interjoints est effectuée à partir d'une pression extérieure (fig. 7) ou à l'aide d'un sélecteur (fig. 8).FIGS. 7 and 8 diagrammatically show the various functions fulfilled by the servo rotary actuator 1, which is the subject of the application, when the pressurization of the interjoint cavity is carried out from an external pressure (FIG. using a selector (Fig. 8).

On y distingue : - la fonction limitation de pression, représentee par les limiteurs
de pression 2 et 3, associes aux clapets 4 (qui sont matérialisés
par la bille 401), - la fonction raccordement, à l'aide du plan de raccordement P à
3 orifices (fig. 7) ou 2 orifices (fig. 8). Cette fonction correspond
respectivement au dessin de montage de la figure 1 et de la figure 4. We distinguish between: - the pressure limitation function, represented by the limiters
2 and 3, associated with the valves 4 (which are materialized
by the ball 401), - the connection function, using the connection plane P to
3 holes (Fig. 7) or 2 holes (Fig. 8). This function corresponds
respectively to the drawing of Figure 1 and Figure 4.

Claims

CLAIMS.

1. Rotating jack of the type comprising a sealed volume delimited by a cylindrical wall constituting a sleeve and by two flanges closing the ends of the sleeve, the sealed volume containing at least one fixed stop carried by a flange and a movable pallet carried by a shaft of rotor, the fixed abutment cooperating with the movable vane and said wall to constitute inside said volume, sealed chambers accessible to the fluid of a pressure source, characterized in that one or the other of the chambers ( 304, 305) according to the case of operation is in communication by means of selection and / or pressure limitation (301, 302, 303 - 401, 405, 406, 405 ', 406') with a supply path of cavities (123, 123 'or 203, 204') defined between the sealing means (122, 122 ', 205, 206) associated with the flanges (101, 102) and the sealing means (125, 125' 201, 202) associated with the rotor shaft (107).

2. Cylinder according to claim 1, characterized in that the means for selecting or limiting pressure use a ball (303, 401) subjected to the differential pressure of the chambers mounted to move between the seats (301, 302 - 406, 406 ') of the shutters of the cavity supply path located between the sealing means respectively associated with the rotor shaft and / or the flanges.

3. Cylinder according to any one of claims 1, 2, characterized in that the pressure limiting device has two check valves (405, 405 ') calibrated cooperating with seats (406, 406') carried by a sleeve (402) containing a ball (401), movable between the valves (405, 405 '), the latter carrying openings (410, 410') of diameter smaller than that of the ball and allowing the flow of fluid flow to flow from one chamber to another when opening one of the flaps.

4. Cylinder according to claim 3, characterized in that the means for selecting and / or limiting pressure are carried by the pallet (110) provided with fluid passages (308, 309 - 411, 412) to the defined cavities between the sealing means associated with the rotor shaft and / or the flanges.