FR2529266A1

FR2529266A1 - Rotary hydraulic actuator - has sliding piston which is rotated by helical guides without axial movement

Info

Publication number: FR2529266A1
Application number: FR8211260A
Authority: FR
Inventors: Andre Lambert
Original assignee: ALMATIC SA
Current assignee: ALMATIC SA
Priority date: 1982-06-28
Filing date: 1982-06-28
Publication date: 1983-12-30
Also published as: FR2529266B1

Abstract

The actuator has a cylindrical body (1), closed at each end (7,9) and a hollow piston (2) moves in the cylinder under the action of fluid pressure. There is a helical guide (3) between the cylinder and piston to rotate it when acted on by fluid. A shaft (4) rotates, without axial movement, in one cylinder end (9) and extends into the piston recess. They are coupled so that piston rotation is transmitted to the shaft. The helicoidal guide has a helical projecting rib (22) engaging in a helical notch (23) in a collar (21) on the piston.

Description

La présente invention concerne un vérin rotatif du type comprenant un corps cylindrique fermé à ses deux extrémités, un piston creux mobile dans le corps cylindrique sous l'action d'un fluide sous pression, un dispositif de guindage hélicoïdal entre le corps cylindrique et le piston creux pour imposer à ce dernier un mouvement helicoidal lorsqu'il est actionné par le fluide sous pression, et un arbre qui est monté à rotation, sans possibilité de mouvement axial, dans une première extrémité du corps cylindrique et qui est engagé dans la cavité interne du piston creux, l'arbre et le piston creux étant accouplés de telle manière que seule la composante de mouvement de rotation du piston creux soit transmise à l'arbre. The present invention relates to a rotary actuator of the type comprising a cylindrical body closed at its two ends, a hollow piston movable in the cylindrical body under the action of a pressurized fluid, a helical winding device between the cylindrical body and the piston hollow to impose a helical movement on the latter when actuated by the pressurized fluid, and a shaft which is rotatably mounted, without possibility of axial movement, in a first end of the cylindrical body and which is engaged in the internal cavity of the hollow piston, the shaft and the hollow piston being coupled in such a way that only the rotational movement component of the hollow piston is transmitted to the shaft.

On connait déjà des vérins rotatifs du type indiqué ci-dessus (voir par exemple la demande de brevet français publiée sous le n9 2 428 135, figures 18 à 29),
Dans ce vérin rotatif connu, le dispositif de guidage hélicoi- dal est constitué par une rampe hélicoidale, qui est formée par l'un des cotés d'une fente taillée hélicoidalement dans un tube auxiliaire qui est lui-meme fixé dans le corps cylindrique du vérin, et par un axe ou un galet qui est fixé au piston et qui est engagé dans la fente susmentionnée. Cette fente est relativement difficile à usiner.La difficulté d'usinage de la fente et le temps nécessaire à cet usinage dépendent de la dureté de la matière à usiner et de la longueur de la fente, qui est elle-même proportionnelle à l'angle maximal de rotation de l'arbre du vérin. En outre, du fait que le galet ou l'axe n'est en contact avec l'un des côtés de la fente hélicoldale que par une génératrice du galet ou de l'axe (contact linéaire}, les efforts appliqués par le galet ou l'axe au côté de la fente sont très importants le long de la génératrice de contact. Cet effort est encore plus impor- tant si le couple résistant appliqué à l'arbre est lui-même important. I1 en résulte que le galet ou l'axe a tendance à créer des empreintes dans les cotés de la fente.Ces empreintes nuisent au guidage correct du piston et diminuent la fiabilité du vérin. Pour remédier à cet inconvénient, on pourrait utiliser un métal ayant une plus grande dureté pour le tube dans lequel est formée la fente hélicoldale, mais ceci augmenterait la difficulté pour tailler ladite fente.Rotary cylinders of the type indicated above are already known (see for example the French patent application published under No. 9,428,135, FIGS. 18 to 29),
In this known rotary actuator, the helical guiding device is constituted by a helical ramp, which is formed by one of the sides of a slot cut helically in an auxiliary tube which is itself fixed in the cylindrical body of the cylinder, and by an axis or a roller which is fixed to the piston and which is engaged in the aforementioned slot. This slot is relatively difficult to machine. The difficulty of machining the slot and the time required for this machining depend on the hardness of the material to be machined and the length of the slot, which is itself proportional to the angle. maximum rotation of the cylinder shaft. In addition, the fact that the roller or the axis is in contact with one of the sides of the helical slot only by a generator of the roller or the axis (linear contact}, the forces applied by the roller or the axis at the side of the slot are very important along the contact generator. This effort is even greater if the resistive torque applied to the shaft is itself significant. This results in the roller or the the axis tends to create imprints in the sides of the slot. These imprints interfere with the correct guiding of the piston and decrease the reliability of the jack. To remedy this drawback, a metal having a greater hardness could be used for the tube in which is formed the helical slot, but this would increase the difficulty in cutting said slot.

La présente invention a pour but de fournir un vérin rotatif du type susindiqué, qui soit plus simple à fabriquer et dont le dispositif de guidage hélicoïdal est moins sujet à la formation d'empreintes et, par suite, plus fiable que celui du vérin rotatif de la demande de brevet français susmentionnée. The object of the present invention is to provide a rotary actuator of the above-mentioned type, which is simpler to manufacture and whose helical guide device is less subject to the formation of fingerprints and, therefore, more reliable than that of the rotary actuator. the aforementioned French patent application.

A cet effet, le vérin rotatif suivant la présente invention est caractérisé en ce que le dispositif de guidage hélicoïdal comporte une nervure hélicoidale en saillie sur la surface intérieure du corps cylindrique et s'engageant dans une encoche taillée hélicoidalement dans la périphérie d'une collerette annulaire solidaire du piston creux. To this end, the rotary actuator according to the present invention is characterized in that the helical guiding device comprises a helical rib projecting from the interior surface of the cylindrical body and engaging in a notch cut helically in the periphery of a flange annular integral with the hollow piston.

Ainsi, avec le dispositif hélicoïdal de la présente invention, l'effort auquel ce dispositif de guidage est soumis en fonctionnement se répartit sur une zone de contact dont la surface est égale à la surface du côté de l'encoche qui est en contact avec la nervure hélicoïdale, au lieu de se répartir seulement sur une ligne de contact dans le cas d'un galet ou d'un axe coopérant avec une rainure. Il en résulte que les empreintes qui étaient auparavant observées dans les vérins rotatifs avec dispositif de guidage du type à fente hélicoïdale et à galet ou axe, sont complètement éliminées. Thus, with the helical device of the present invention, the force to which this guide device is subjected in operation is distributed over a contact zone whose surface is equal to the surface of the side of the notch which is in contact with the helical rib, instead of being distributed only over a contact line in the case of a roller or an axis cooperating with a groove. As a result, the fingerprints which were previously observed in rotary actuators with a guide device of the helical slot type and with a roller or axis, are completely eliminated.

On décrira maintenant, à titre d'exemple, une forme préférée d'execution du vérin rotatif de la présente invention en faisant référence à la figure unique du dessin annexé qui montre ledit vérin rotatif en partie en coupe axiale et en partie en élévation. We will now describe, by way of example, a preferred embodiment of the rotary actuator of the present invention with reference to the single figure of the accompanying drawing which shows said rotary actuator partly in axial section and partly in elevation.

Le vérin rotatif représenté sur le dessin comprend essentiellement un corps cylindrique 1 dans lequel un piston creux 2 peut être déplacé sous l'action d'un fluide sous pression, un dispositif de guidage hélicoïdal 3 pour imposer au piston creux un mouvement hélicoïdal lorsqu'il est actionné par le fluide sous pression, et un arbre 4 dont l'une des extrémités est engagee dans le piston creux 2 et qui est accouplé à ce dernier de telle manière que seule la composante de mouvement de rotation du piston creux 2 soit transmise à l'arbre 4. Comme montré sur le dessin, l'accouplement entre le piston creux 2 et l'arbre 4 peut être par exemple réalisé par des cannelures complémentaires 5 et 6 formées respectivement dans la surface périphérique extérieure de l'arbre 4 et dans la surface périphérique intérieure du piston creux 2. The rotary actuator shown in the drawing essentially comprises a cylindrical body 1 in which a hollow piston 2 can be moved under the action of a pressurized fluid, a helical guide device 3 to impose on the hollow piston a helical movement when it is actuated by the pressurized fluid, and a shaft 4 one of whose ends is engaged in the hollow piston 2 and which is coupled to the latter so that only the component of rotational movement of the hollow piston 2 is transmitted to the shaft 4. As shown in the drawing, the coupling between the hollow piston 2 and the shaft 4 can for example be achieved by complementary grooves 5 and 6 formed respectively in the outer peripheral surface of the shaft 4 and in the inner peripheral surface of the hollow piston 2.

Le corps cylindrique 1 est fermé hermétiquement à l'une de ses extrémités par un disque 7 fixé au corps 1 par exemple par un cordon circulaire de soudure 8, et à son autre extrémité par un bouchon fileté 9 qui est vissé dans ladite autre extrémité du corps 1 et qui est muni d'un joint d'étanchéité 10. The cylindrical body 1 is hermetically closed at one of its ends by a disc 7 fixed to the body 1 for example by a circular weld bead 8, and at its other end by a threaded plug 9 which is screwed into said other end of the body 1 and which is provided with a seal 10.

L'arbre 4 traverse une ouverture centrale prévue dans le bouchon 9 et est monté à rotation dans cette ouverture. The shaft 4 passes through a central opening provided in the plug 9 and is mounted for rotation in this opening.

Une butée à billes 1l montée sur l'arbre 4 du côté intérieur du bouchon 9 et un anneau fendu 12, du genre circlip, monté dans une gorge circulaire de l'arbre 4 du côté extérieur du bouchon 9 empêchent tout mouvement axial de l'arbre 4 par rapport au bouchon 9, tout en permettant le mouvement de rotation de l'arbre par rapport à ce bouchon. Un joint torique 13 assure l'étanchéité entre l'arbre 4 et le bouchon 9.A thrust ball bearing 11 mounted on the shaft 4 on the inside of the plug 9 and a split ring 12, of the circlip type, mounted in a circular groove on the shaft 4 on the outside of the plug 9 prevents any axial movement of the shaft 4 relative to the plug 9, while allowing the rotational movement of the shaft relative to this plug. An O-ring 13 seals between the shaft 4 and the plug 9.

La partie de l'arbre 4 qui est située à l'extérieur du bouchon 9 comporte un moyen d'accouplement , par exemple un carré d'entraînement 14 permettant de transmettre à une charge le mouvement de rotation de l'arbre 4. Les cannelures susmentionnées 5 sont formées sur la partie de l'arbre 4 qui se trouve du côté intérieur du bouchon 9. The part of the shaft 4 which is located outside the plug 9 comprises a coupling means, for example a drive square 14 making it possible to transmit the rotation movement of the shaft 4 to a load. The splines above mentioned 5 are formed on the part of the shaft 4 which is on the inside of the plug 9.

Le corps cylindrique 1 comporte un premier alésage 15 qui s'étend axialement sur un peu plus de la moitié de la longueur du corps 1 à partir de son extrémité côté bouchon 9, et un second alésage 16 qui a un diamètre plus petit que celui de l'alésage 15 et qui s'étend axialement sur la partie restante de la longueur du corps 1. The cylindrical body 1 has a first bore 15 which extends axially over a little more than half the length of the body 1 from its end on the plug side 9, and a second bore 16 which has a smaller diameter than that of the bore 15 and which extends axially over the remaining part of the length of the body 1.

Le piston creux 2 est constitué par une douille 17 dans la surface périphérique intérieure de laquelle sont formées les cannelures 6. La douille 17 a un diamètre extérieur correspondant au diamètre intérieur de l'alésage 16 et une longueur un peu plus grande que celle de cet alésage 16.Un joint d7otanchéité 18 est prévu dans une gorge circulaire située dans l'alésage 16 près de lSepaulement 19 formé entre les deux alésage 15 et l6 L L'extrémité de la douille 17 qui est tournée vers le disque 7 est obtu-è hermétiquement par disque 20 qui est fix pa exemple par soudure à la douille 1, L'autre extrnmlte e cette douille 17 qui est tournée vers le bouchon 9, perte une collerette extérieur 21.Cette collerette 21 peut faire partie intg?ante de la douille 17 ou être constituée par un anneau fixé à la collerette par tout moyen approprié, par exemple par soudage. The hollow piston 2 is constituted by a bush 17 in the inner peripheral surface of which the grooves are formed 6. The bush 17 has an outside diameter corresponding to the inside diameter of the bore 16 and a length slightly greater than that of this bore 16. A sealing joint 18 is provided in a circular groove located in bore 16 near the shoulder 19 formed between the two bore 15 and l6 L The end of the sleeve 17 which faces the disc 7 is obtu-è hermetically by disc 20 which is fixed pa for example by welding to the socket 1, The other extrnmlte e this socket 17 which is turned towards the plug 9, loss of an external flange 21. This flange 21 can be an integral part of the socket 17 or be constituted by a ring fixed to the collar by any appropriate means, for example by welding.

La partie de l'arbre 4 qui est située à l'intérieur du corps cylindrique 1 a une longueur sensiblement égale à celle de l'alésage 15. The part of the shaft 4 which is located inside the cylindrical body 1 has a length substantially equal to that of the bore 15.

Le dispositif de guidage hélicoïdal 3 est constitué par une nervure hélicoïdale 22 qui est située dans l'alésage 15 en saillie sur la surface périphérique intérieure de celui-ci et qui s'engage dans une encoche 23 taillée héli- coidalement dans la périphérie de la collerette 21 du piston 2. L'encoche 23 est taillée de telle manière que ses côtés épousent étroitement les côtés de la nervure 22 de façon à assurer un bon contact de surface entre les cotés de l'enco- che 23 et les côtés de la nervure 22. The helical guide device 3 is constituted by a helical rib 22 which is located in the bore 15 projecting from the inner peripheral surface thereof and which engages in a notch 23 cut helically in the periphery of the flange 21 of the piston 2. The notch 23 is cut in such a way that its sides closely follow the sides of the rib 22 so as to ensure good surface contact between the sides of the notch 23 and the sides of the rib 22.

Bien que la nervure hélicoïdale pourrait être taillée dans la masse, elle est de préférence constituée par un fer plat enroulé en hélice et fixé au corps cylindrique 1 dans l'alésage 15. Pour la fixation de la nervure 22 -au corps cylindrique 1, il est possible de prévoir plusieurs trous 24 espacés hélicoidalement dans la paroi du corps cylindrique 1, et dans lesquels sont placés des bouchons de soudure comme montré en 25 dans le dessin. Although the helical rib could be cut in the mass, it is preferably constituted by a flat iron wound in a helix and fixed to the cylindrical body 1 in the bore 15. For fixing the rib 22 -to the cylindrical body 1, it it is possible to provide several holes 24 spaced helically in the wall of the cylindrical body 1, and in which are placed plugs of solder as shown at 25 in the drawing.

Le corps cylindrique 1 est muni d'une patte de fixation 26 permettant la fixation du vérin rotatif sur un support approprié. Le corps cylindrique 1 est en outre muni de deux raccords 27 et 28 permettant de raccorder le vérin rotatif à une source de fluide sous pression (non montrée) par l'intermédiaire de tuyaux et d'un distributeur conventionnel de fluide (également non montrés) pour l'alimentation du vérin en fluide sous pression.Lorsque les deux raccords 27 et 28 sont disposés comme montré sur le dessin, la partie de l'alésage 16 située entre le raccord 28 et le disque 7 a un diamètre intérieur légèrement plus grand que le diamètre extérieur de la douille 17 de manière à ménager un jeu suffisant pour le passage du fluide sous pression en provenance du raccord 28 vers l'espace compris entre les disques 7 et 20 ou pour le passage du fluide sous pression en provenance dudit espace vers le raccord 28. Le raccord 27 contribue à la fixation de la nervure 22 au corps cylindrique 1.Cette nervure 22 a une hauteur, mesurée dans le sens radial, légère- ment plus petite que la hauteur de l'épaulement 19 de manière à ménager un jeu suffisant pour le passage du fluide sous pression en provenance du raccord 27 vers l'espace compris entre le bouchon 9 et la collerette 21 ou pour le passage du fluide en provenance de cet espace vers le raccord 27. De même, la collerette 21 a un diamètre extérieur légèrement plus petit que le diamètre intérieur de l'alésage 15 pour permet- tre le passage du fluide sous pression depuis le raccord 27 vers l'espace entre le bouchon 9 et la collerette 21 et viceversa. The cylindrical body 1 is provided with a fixing lug 26 allowing the fixing of the rotary actuator on a suitable support. The cylindrical body 1 is further provided with two connections 27 and 28 allowing the rotary actuator to be connected to a source of pressurized fluid (not shown) by means of pipes and a conventional fluid distributor (also not shown). for supplying the cylinder with pressurized fluid. When the two connections 27 and 28 are arranged as shown in the drawing, the part of the bore 16 located between the connection 28 and the disc 7 has an inside diameter slightly larger than the outside diameter of the sleeve 17 so as to provide sufficient clearance for the passage of the pressurized fluid from the connector 28 to the space between the discs 7 and 20 or for the passage of the pressurized fluid from the said space to the connector 28. The connector 27 contributes to the fixing of the rib 22 to the cylindrical body 1. This rib 22 has a height, measured in the radial direction, slightly smaller than the height of the shoulder 19 so as to provide sufficient clearance for the passage of the pressurized fluid from the connector 27 to the space between the plug 9 and the flange 21 or for the passage of the fluid from this space to the connector 27. Similarly, the flange 21 has an outside diameter slightly smaller than the inside diameter of the bore 15 to allow the passage of the pressurized fluid from the fitting 27 to the space between the plug 9 and the flange 21 and vice versa.

Ainsi, lorsque le fluide sous pression est admis à travers le raccord 28, le piston 2 est déplacé de droite à gauche (vu dans la figure) et, en même temps, la nervure 22 l'oblige à tourner dans le sens des aiguilles d'une montre, entraînant ainsi l'arbre 4 dans le même sens, tandis que, lorsque le fluide sous pression est admis par le raccord 27, le piston est déplacé de gauche à droite et, en même temps, la nervure 22 l'oblige à tourner, ainsi que l'arbre 4, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Thus, when the pressurized fluid is admitted through the connector 28, the piston 2 is moved from right to left (seen in the figure) and, at the same time, the rib 22 forces it to rotate in the direction of the needles d 'a watch, thus driving the shaft 4 in the same direction, while, when the pressurized fluid is admitted by the connector 27, the piston is moved from left to right and, at the same time, the rib 22 forces it to turn, as well as the shaft 4, anticlockwise.

I1 va de soi que la forme d'exécution qui a été -décrite ci-dessus a été donnée à titre d'exemple purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être facilement apportes par l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. It goes without saying that the embodiment which has been described above has been given by way of purely indicative and in no way limiting example, and that numerous modifications can be easily made by those skilled in the art without however, depart from the scope of the present invention.

C'est ainsi notamment que la collerette 21 et la nervure 22 peuvent être fixes respectivement à la douille 17 et au corps cylindrique 1 par des vis de façon à permettre leur remplacement en cas de besoin. En outre, afin que les efforts appliqués en fonctionnement au dispositif de guidage soient symétriques par rapport à l'axe de 11 arbre 4, il est possible de prévoir une deuxième nervure hélicoïdale 22' symétrique de la nervure hélicoïdale 22 par rapport à l'axe de l'arbre 4, comme montré en trait mixte dans la figure, cette nervure 22' coopérant avec une autre encoche taillée hélicoidalement dans la périphérie de la collerette 21 en position diamétralement opposée par rapport à l'encoche 23. Thus in particular that the flange 21 and the rib 22 can be fixed respectively to the sleeve 17 and to the cylindrical body 1 by screws so as to allow their replacement when necessary. In addition, so that the forces applied in operation to the guide device are symmetrical with respect to the axis of the shaft 4, it is possible to provide a second helical rib 22 'symmetrical with the helical rib 22 with respect to the axis of the shaft 4, as shown in phantom in the figure, this rib 22 'cooperating with another notch cut helically in the periphery of the flange 21 in a position diametrically opposite with respect to the notch 23.

Claims

1.- Rotating cylinder comprising a cylindrical body (1) closed at its two ends (7 and 9), a hollow piston (2) movable in the cylindrical body under the action of a pressurized fluid, a helical guide device (3) between the cylindrical body and the hollow piston to impose on the latter a helical movement when it is actuated by the pressurized fluid, and a shaft (4) which is rotatably mounted, without possibility of axial movement, in a first end (9) of the cylindrical body and which is engaged in the internal cavity of the hollow piston, the shaft (4) and the hollow piston (2) being coupled in such a way that only the component of rotational movement of the hollow piston is transmitted to the shaft, characterized in that the helical guide device (3) comprises a helical rib (22) projecting from the inner surface of the cylindrical body (1) and engaging in a notch (23) cut helically in the periphery of an annular flange (21) n / a lid of the hollow piston (2).

2.- rotary actuator according to claim 1, characterized in that the cylindrical body (1) has a first bore (15) extending axially over a little more than half the length of the cylindrical body from the first end (9) thereof, and a second bore (16) having a smaller diameter than that of the first bore (15) and extending axially over the remaining part of the length of the cylindrical body (1), an O-ring sealing (18) being provided in a circular groove provided in the second bore (16) near the annular shoulder (19) formed between the two bores (15 and 16), in that said helical rib (22) is located in the first bore (15), in that the hollow piston (2) consists of a sleeve (17) having an outside diameter corresponding to the inside diameter of the second bore (16) and a length slightly greater than that of the latter, and in that said flange (21) is situated at the end of the bush (17) which faces the first end 97 of the cylindrical body (1), while the other end of the sleeve (17), which faces the second end (7) of the cylindrical body, is closed by a disc (20).

3. A rotary actuator according to claim 2, characterized in that the part of the shaft (4) located inside the cylindrical body (1) has a length substantially equal to that of the first bore (15).

4. A rotary actuator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said helical rib (22) -is constituted by a flat iron wound in a helix and fixed to the cylindrical body (1).

5. A rotary actuator according to claim 4, characterized in that the helical rib is fixed to the cylindrical body (1) by welding (25) through the peripheral wall of the cylindrical body (1).