FR2819468A1 - Perfectionnement aux actionneurs a piston actif - Google Patents
Perfectionnement aux actionneurs a piston actif Download PDFInfo
- Publication number
- FR2819468A1 FR2819468A1 FR0100457A FR0100457A FR2819468A1 FR 2819468 A1 FR2819468 A1 FR 2819468A1 FR 0100457 A FR0100457 A FR 0100457A FR 0100457 A FR0100457 A FR 0100457A FR 2819468 A1 FR2819468 A1 FR 2819468A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- cylinder
- piston
- sliding
- coefficient
- actuator according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 239000011149 active material Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 230000010339 dilation Effects 0.000 title claims abstract 5
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 15
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 4
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- AFNRRBXCCXDRPS-UHFFFAOYSA-N tin(ii) sulfide Chemical compound [Sn]=S AFNRRBXCCXDRPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052961 molybdenite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910020187 CeF3 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000002305 electric material Substances 0.000 abstract 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 8
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 4
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 3
- 229910001374 Invar Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006355 external stress Effects 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/021—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using intermittent driving, e.g. step motors, piezoleg motors
- H02N2/023—Inchworm motors
Landscapes
- Actuator (AREA)
Abstract
Actionneur comportant un piston linéaire (2) en matériau actif et un cylindre de coulissement (7/ 7'), le piston linéaire en matériau actif comportant une pluralité de tronçons (4) aptes à être commandés pour être dilatés de façon à se bloquer dans le cylindre (7/7') de coulissement et/ ou pour être allongés à l'intérieur du cylindre (7/7') de coulissement de façon à ce que le piston (2) se déplace, en frottement à sec, axialement dans le cylindre de coulissement (7/7'),caractérisé en ce qu'il comporte un cylindre (5/5') extérieur dans lequel ledit cylindre de coulissement (7/ 7') est pré-contraint,l'un ou l'autre du cylindre extérieur (5/ 5') et du cylindre de coulissement (7/7') étant en matériau ayant un coefficient de dilatation thermique négatif, l'autre cylindre ayant un coefficient de dilatation thermique positif ou sensiblement nul.
Description
<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENT AUX ACTIONNEURS A PISTON ACTIF DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET ART ANTERIEUR
L'invention concerne les actionneurs à piston actif et notamment à piston en matériau piézo-électrique.
L'invention concerne les actionneurs à piston actif et notamment à piston en matériau piézo-électrique.
De tels actionneurs trouvent avantageusement applications pour les dispositifs de freinage ou les embrayages, notamment pour les véhicules automobiles ou les aéronefs.
Un actionneur à piston en matériau piézo-électrique a déjà été décrit dans la demande de brevet FR 99 13 130, laquelle n'a toutefois pas encore été publiée et ne fait donc pas partie de l'état de la technique.
Un tel actionneur comporte ainsi qu'illustré sur la figure 1 un cylindre ou une chemise de coulissement 1 et un piston 2 apte à coulisser axialement dans ledit cylindre 1.
Le cylindre 1 est constitué de plusieurs cylindres emboîtés coaxialement les uns dans les autres : un cylindre externe 5, un cylindre interne 7 et un cylindre intermédiaire 6 qui s'étend entre le cylindre intérieur 7 et le cylindre externe 5, le piston 2 coulissant dans le cylindre intérieur 7.
Le cylindre 5 précontraint, en les serrant, le cylindre 7 et le cylindre intermédiaire 6. Ce cylindre intermédiaire 6 comporte des fentes radiales 8, représentées sur la figure 2, qui s'étendent à partir de génératrices du cylindre intérieur 7.
Le piston 2 est constitué d'une pluralité de tronçons de céramiques piézo-électriques 4. Chaque tronçon est pourvu d'électrodes (non représentées sur les figures 1 et 2) qui permettent de le commander indépendamment des autres. Chaque tronçon peut être en céramique multicouches ou en céramique massive.
Ces électrodes permettent de commander lesdits tronçons pour soit les dilater transversalement pour qu'ils se bloquent par frottement sur le cylindre 7, soit les allonger, les tronçons étant actionnés selon des séquences de fonctionnement alternant blocage et allongement de façon, soit à déplacer le piston, soit, lorsque celui-ci est en butée, à engendrer une force, qui est par exemple utilisée comme force de freinage.
<Desc/Clms Page number 2>
Des couches formant couples de friction sont prévues sur les faces du piston 2 et du cylindre 7 pour assurer un frottement optimisé.
L'élongation électrique d'un élément piézo-électrique monocristal est de l'ordre de 1.4%. Celle d'un élément multicouche est égale à 0. 1%. Par exemple, pour un élément de 25 mm, l'élongation électrique résultante pour un élément multicouche est de 9 um environ.
Cependant, la fabrication des éléments multicouche est beaucoup moins onéreuse et leur actionnement permet l'utilisation de tensions électriques beaucoup moins élevées.
Mais à cause de leur élongation très faible, le contrôle du jeu entre la chemise de coulissement et le piston actif en matériau piézo-électrique est primordial. En effet, la force de blocage du piston 2 dans le cylindre 1 dépend principalement de quatre facteurs : - le coefficient de frottement entre les deux pièces 1 et 2 recouvertes des couples de friction 3 ; - la dilatation électrique du matériau piézo-électrique du piston 2 ; - l'augmentation du jeu entre le cylindre 1 et le piston 2 due à l'usure de ces deux pièces ; - les variations de la valeur du jeu entre le cylindre 1 et le piston 2 en fonction de la température du système.
Le dernier facteur montre que la maîtrise du jeu dans la fourchette de températures des applications de tels actionneurs, allant de-40 C (-60 C pour les aéronefs) à 200OC voire au-delà (300OC ou plus), représente un enjeu important. Cette maîtrise détermine les caractéristiques fonctionnelles ainsi que le prix de l'actionneur.
Le matériau constitutif du piston actif a un coefficient de dilatation thermique qui possède une valeur atypique. Par conséquent, on doit pouvoir concevoir avec des matériaux classiques, une pièce mécanique qui possède un coefficient de dilatation thermique compatible avec celui du matériau actif.
L'actionneur selon le document FR 99 13 130 propose de contrôler la valeur de ce jeu en fonction de la variation de la température en tirant parti des différentes valeurs des coefficients de dilatation des cylindres 5,6 et 7.
<Desc/Clms Page number 3>
A cet effet, le ou les matériaux des cylindres 5 et 7 sont choisis avec des coefficients de dilatation faibles, mais néanmoins algébriquement supérieurs à celui du piston 2. Le matériau du cylindre intermédiaire 6 est choisi avec un coefficient de dilatation supérieur aux coefficients des pièces 5 et 7.
Lorsque la température augmente, le piston actif se contracte légèrement. Le jeu entre la chemise et le piston augmente. Pour compenser cette augmentation, le cylindre 6 se dilate radialement, mais il est partiellement empêché par le cylindre 5 qui se dilate moins que lui. En conséquence, l'expansion extérieure interdite est reportée sur le cylindre 7 qui se trouve radialement comprimé.
Les fentes 8 de dilatation empêchent la formation de contraintes orthoradiales, qui empêcheraient toute expansion du cylindre 5 vers l'intérieur et la compression du cylindre 7.
On ajuste le coefficient de dilatation interne du cylindre 7 en jouant sur l'épaisseur du cylindre 5.
Le contrôle du jeu entre le cylindre 1 et le piston actif 2 en fonction de la température est donc effectué par le choix des épaisseurs relatives des différents cylindres 5,6 et 7.
Ces actionneurs présentent cependant des inconvénients. Leur conception, c'est-à-dire la détermination des différentes épaisseurs relatives, est difficile. En effet, le cylindre 1 est composé de trois cylindres, dont les épaisseurs sont autant de paramètres à prendre en compte dans la conception. En outre, leur fabrication est onéreuse et compliquée puisque aucun lubrifiant solide aux interfaces entre les différents cylindres ne facilite leurs glissements relatifs dû à la dilatation thermique et pour leur montage notamment.
PRESENTATION DE L'INVENTION.
L'invention pallie ces inconvénients en proposant un actionneur dont le contrôle du jeu entre la chemise et le piston en fonction de la température est simplifié.
<Desc/Clms Page number 4>
A cet effet, l'invention propose un actionneur comportant un piston linéaire en matériau actif et un cylindre de coulissement, le piston linéaire en matériau actif comportant une pluralité de tronçons aptes à être commandés pour être dilatés de façon à se bloquer dans le cylindre de coulissement et/ou pour être allongés à l'intérieur du cylindre de coulissement de façon à ce que le piston se déplace, en frottement à sec, axialement dans le cylindre de coulissement, caractérisé en ce qu'il comporte un cylindre extérieur dans lequel ledit cylindre de coulissement est pré-contraint, l'un ou l'autre du cylindre extérieur et du cylindre de coulissement étant en matériau ayant un coefficient de dilatation thermique négatif, l'autre cylindre ayant un coefficient de dilatation thermique positif ou sensiblement nul.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou selon leurs combinaisons possibles : - lorsque le cylindre de coulissement est en matériau ayant un coefficient de dilatation négatif, alors il subit une contrainte de la part du cylindre extérieur qui est maximale à basse température ; - lorsque le cylindre de coulissement est en matériau ayant un coefficient de dilatation positif, il subit de la part du cylindre extérieur une contrainte qui est maximale à haute température ; - l'actionneur comporte une couche de lubrifiant solide à l'interface entre le cylindre extérieur et le cylindre de coulissement ; - l'actionneur comporte dans le cylindre extérieur et/ou dans le cylindre intérieur de coulissement un lubrifiant solide pour lubrifier l'interface entre le cylindre interne et le cylindre extérieur ;
- le matériau présentant un coefficient de dilatation thermique négatif ou proche de zéro est un des matériaux suivants :
-du ZrW208, en phase a et/ou ss, - du HfW2Os, -du ZrV207, -du YAIW3012, - du ZrP2-xVx07, avec 0 : : ; x : : ; 2 ;
- le matériau présentant un coefficient de dilatation thermique négatif ou proche de zéro est un des matériaux suivants :
-du ZrW208, en phase a et/ou ss, - du HfW2Os, -du ZrV207, -du YAIW3012, - du ZrP2-xVx07, avec 0 : : ; x : : ; 2 ;
<Desc/Clms Page number 5>
- du SC2 (W04) 3
ou un quelconque composite de ces matériaux ; - le lubrifiant solide est un des matériaux suivants : -du nitrure de bore hexagonal, -duos2, -du graphite intercalé et non intercalé, - sulfure d'étain ayant pour formules possibles SnS, SnS2 et/ou Sn3S4 ou une quelconque combinaison possible (composite, mélange, ou alliage par exemple) de ces matériaux ; - cylindre extérieur comporte des excroissances externes, s'étendant radialement au cylindre ; - un cylindre comporte une ou plusieurs fentes de dilatation, s'étendant radialement et longitudinalement dans le cylindre ; - une fente s'étend dans une excroissance.
PRESENTATION DES FIGURES.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 est une coupe longitudinale d'un mode de réalisation de l'actionneur selon FR 99 13 130 ; - La figure 2 est une coupe transverse d'un mode de réalisation de l'actionneur selon FR 99 13 130 ; - La figure 3 est une coupe transverse d'un premier mode de réalisation préféré de l'actionneur selon l'invention ; - La figure 4 est une coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation préféré selon l'invention ; - La figure 5 est une coupe transversale d'une variante d'un premier mode de réalisation de l'actionneur selon l'invention ; - La figure 6 est une représentation en coupe transversale d'un deuxième mode de réalisation préféré de l'actionneur selon l'invention ; - La figure 7 est une vue longitudinale comportant une partie en coupe d'un deuxième mode de réalisation préféré de l'actionneur selon l'invention ;
<Desc/Clms Page number 6>
- La figure 8 est une représentation d'une coupe transverse d'un troisième mode de réalisation de l'actionneur selon l'invention ; - La figure 9 est une coupe longitudinale d'un troisième mode de réalisation de l'actionneur selon l'invention.
La structure générale des actionneurs selon l'invention est similaire à celle de l'actionneur selon le document FR 99 13 130. On décrit ci-dessous trois modes de réalisations préférés.
PREMIER EXEMPLE DE REALISATION.
Description.
L'actionneur qui est représenté sur les figures 3 et 4 comporte un cylindre extérieur 5, dont le matériau a un coefficient de dilatation thermique positif et un piston actif 2 en matériau piézo-électrique coulissant dans un cylindre intérieur 7 de coulissement. Le cylindre 7 est inséré en force dans le cylindre 5. Il subit par conséquent une précontrainte, qui le maintient solidement dans son cylindre de support 5.
Le diamètre intérieur du cylindre 7 est par exemple égal à 25 mm, le diamètre extérieur du cylindre 5 est par exemple égal à 60 mm. La longueur des cylindres 5 et 7 est égale à la course du piston que l'utilisateur désire obtenir augmentée de la longueur du piston.
Le coefficient de dilatation thermique du piston actif 2 est négatif et faible. Il est de l'ordre de-2ppm/K.
La longueur du piston actif 2 est par exemple égale à 50 mm.
Le cylindre intérieur 7 est en un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique négatif. On connaît les matériaux qui ont des coefficients de dilatation thermique faibles ou négatifs (entre-8. 8 ppm/K et - 5ppm/K) par les documents US 5 514 360 et US 5 919 720 par exemple.
Les matériaux à dilatation négative du cylindre 7 sont préférentiellement choisis parmi :
- te ZrW20g ; - le HfW20s ; - le YAIW3012 ;
- te ZrW20g ; - le HfW20s ; - le YAIW3012 ;
<Desc/Clms Page number 7>
- ! e ZrPs-xVxOy, avec 0 x < 2 ; - le Sc2 (W04) 3 ; -ou le ZrV207,
ou un quelconque composite de ces matériaux, cette liste de matériaux ne se voulant aucunement exhaustive.
Le piston 2 et le cylindre interne 7 sont séparés par un jeu 12.
Les couples de friction 3 recouvrent totalement ou en partie le cylindre 7 et le piston 2 et engendrent entre ces deux éléments une force de frottement élevée.
La figure 4 montre que le piston 2 comporte de la même façon que celui décrit dans le document FR 99 13 130 une pluralité de tronçons 4. Les tronçons 4 du piston 2 sont par exemple des cylindres ou disques multicouches de 25 mm de diamètre et d'une épaisseur de 15 à 20 mm environ. Préférentiellement, le piston actif 2 possède trois tronçons.
Des tensions de commande appliquées sur des électrodes (non représentées sur les figures 3 et 4) dont sont munis les tronçons permettent de dilater radialement ou d'allonger lesdits tronçons piézo-électriques.
La force de frottement engendrée par les couples de friction 3 permet à certains tronçons de se bloquer contre le cylindre 7 lorsqu'ils sont dilatés radialement et à d'autres de s'allonger dans le cylindre 7 en prenant appui sur un tronçon bloqué pour engendrer une force qui pourra actionner le dispositif de freinage par exemple.
Dans le mode de réalisation préféré représenté sur les figures 3 et 4, l'interface entre le cylindre intérieur 7 et le cylindre extérieur 5 présente une couche de lubrifiant solide 13.
Dans une variante de ce mode de réalisation selon l'invention, le lubrifiant solide est présent dans le/les matériau (x) du/des cylindre (s) interne 7 et/ou externe 5.
Avantageusement, ce lubrifiant solide est : - le nitrure de bore hexagonal ; - le MoS2 ; le WSc2, le WS2 ; - le graphite intercalé avec des substances connues de l'homme de métier ; - le graphite non intercalé ;
<Desc/Clms Page number 8>
- le sulfure d'étain (sous ses formes SnS, SnS2, Sn3S4) ; - le fluorure de Cerium (CeF3) ou un quelconque mélange de ces matériaux, cette liste ne se voulant aucunement exhaustive.
Dans le mode de réalisation préféré représenté sur les figures 3 et 4, le cylindre extérieur est de contour circulaire.
Cependant, dans une variante de ce mode de réalisation, représentée sur la figure 5, le cylindre extérieur 5 peut présenter des moyens de support et de rigidité 10 matérialisés par une ou plusieurs excroissances de matière s'étendant radialement au cylindre 5. Ces excroissances 10 de matière sont préférentiellement de forme oblongue.
Le cylindre 5 améliore les performances de ténacité et de résistance à la flexion de l'ensemble cylindre intérieur 7-cylindre extérieur 5.
On l'a dit, le cylindre intérieur 7 est monté en force dans le cylindre extérieur 5. Cette précontrainte engendre une déformation élastique du cylindre interne 7. Le cylindre 7 est élastiquement déformé sur toute l'amplitude de températures de fonctionnement.
Principe de fonctionnement.
Au repos ou à basse température, le piston 2 et le cylindre interne 7 sont séparés par un jeu 12 déterminé pour un bon fonctionnement de l'actionneur, typiquement de 2 à 3 um.
La température de l'actionneur augmente, notamment avec la température de son environnement. Le piston actif piézo-électrique 2 se contracte alors selon son coefficient de dilatation négatif-environ égal à - 2ppm/K.
Comme le cylindre intérieur 7 présente un coefficient de dilatation thermique négatif sensiblement supérieur en valeur absolue (de l'ordre de -8ppm/K), il se contracte également, mais de façon plus importante. Par conséquent, monté seul, il réduirait à zéro le jeu entre le piston 2 et luimême et bloquerait l'actionneur.
<Desc/Clms Page number 9>
Le cylindre extérieur 5 va en se dilatant, permettre de compenser cette contraction trop importante et empêcher que le cylindre intérieur 7 ne bloque le piston actif 2.
Le cylindre intérieur 7 est élastiquement contracté par la précontrainte exercée par le cylindre extérieur 5, qui lui possède un coefficient de dilatation positif ou proche de zéro, comme l'alliage invar par exemple. Par coefficient de dilatation thermique sensiblement égal à zéro, il faut entendre un coefficient dont la valeur est inférieure, en valeur absolue, à 2ppm/K.
Lorsque le cylindre extérieur 5 se dilate lors du fonctionnement de l'actionneur, il relâche progressivement la précontrainte qu'il exerçait sur le cylindre intérieur 7. Le cylindre intérieur 7, qui d'une part se contracte du fait de son coefficient de dilatation thermique négatif, se dilate d'autre part du fait du relâchement de la précontrainte exercée par le cylindre externe 5.
Les deux effets se compensent suffisamment pour que le jeu 12 initial reste constant tout au long du fonctionnement de l'actionneur.
Un exemple est donné ci-dessous.
Si on appelle K7 la raideur du cylindre intérieur 7 qui définit le rapport entre la contrainte extérieure, comptée positivement du cylindre extérieur 5 au cylindre intérieur 7, et une variation Ar7du rayon r7 du cylindre intérieur 7,
on peut écrire la contrainte de compression cl7 : cr7= cro + K7 Ar7 avec oo la précontrainte pour Ar =0.
on peut écrire la contrainte de compression cl7 : cr7= cro + K7 Ar7 avec oo la précontrainte pour Ar =0.
De même, pour le cylindre extérieur 5, la contrainte de compression crs, comptée positivement du cylindre intérieur 7 au cylindre extérieur 5, s'écrit : < ? 5= ao-Ks Ars. le signe-montre que la contrainte subie par le cylindre extérieur 5 diminue quand l'interface entre les cylindres 5 et 7 se déplace vers le cylindre intérieur 7.
En première approximation, l'interface entre les deux cylindres se déplace radialement en fonction de la température de la distance d : d= ap Au avec ap égal au coefficient de dilatation du matériau piézo-électrique ;
<Desc/Clms Page number 10>
et AS égal à la variation de température. On a donc :
avec al et a5 les coefficients de dilatation thermique du cylindre intérieur 7 et du cylindre extérieur 5 respectivement.
Le système cylindre intérieur 7-cylindre extérieur 5 est en équilibre. Par conséquent, on a :
ce qui donne si cr et a5 restent toujours positives, c'est-à-dire que la précontrainte initiale v0 est suffisante' :
On a donc la relation E :
ce qui donne si cr et a5 restent toujours positives, c'est-à-dire que la précontrainte initiale v0 est suffisante' :
On a donc la relation E :
Par ailleurs, la raideur K de l'ensemble des deux cylindres précontraints est :
On cherche, dans la conception de l'actionneur, à maximiser K. En effet, le piston actif doit s'appuyer sur quelque chose de rigide pour pouvoir fonctionner correctement.
Les matériaux ayant un coefficient de dilatation positif possèdent une plus grande raideur que les matériaux à coefficients de dilatation thermique négatifs. C'est le cas notamment des matériaux dérivés de l'acier par exemple, qui possèdent une grande rigidité.
Dans l'exemple ci-dessus, a7 est négatif, as est positif, et
<Desc/Clms Page number 11>
On choisira des matériaux à faibles coefficients de dilatation thermique (ay et a5 proches de ap) afin de pouvoir choisir des raideurs K5 et K7 aussi grandes que possibles afin de rigidifier l'ensemble des deux cylindres, mais de telle sorte que la relation E soit toujours vérifiée.
On pourra ainsi avantageusement utiliser l'invar, qui possède un coefficient de dilatation thermique positif et faible (de l'ordre de 1ppm/K), et une grande raideur puisque qu'il est de composition métallique.
Par ailleurs, la relation E ainsi que la relation :
liant le module d'Young E, la déformation élastique s et la contrainte a dans le matériau, permettent à l'homme de métier de déterminer la précontrainte initiale oo à appliquer aux cylindres, les déformation élastiques dues aux contraintes, ainsi que les déformations dues aux changements de températures.
liant le module d'Young E, la déformation élastique s et la contrainte a dans le matériau, permettent à l'homme de métier de déterminer la précontrainte initiale oo à appliquer aux cylindres, les déformation élastiques dues aux contraintes, ainsi que les déformations dues aux changements de températures.
Dans tous les cas, les contraintes sur le matériau à coefficient de dilatation thermique négatif ne doivent pas excéder 200 MPa pour que la phase du matériaux soit stable.
Si le matériau à coefficient de dilatation positive est à l'extérieur, la précontrainte se relâche progressivement lorsque la température augmente.
Il faut donc que cette précontrainte maximale soit exercée à la température minimale (-40OC ou-60 C par exemple).
La précontrainte est maximale à -40OC ou -60OC ; et à 200OC, cette précontrainte sera sensiblement nulle.
C'est pourquoi le cylindre 5 peut être avantageusement monté avec une faible précontrainte à +200OC.
Grâce à la compensation de la contraction thermique du cylindre 7 par sa dilatation élastique due à la dilatation thermique du cylindre 5, la valeur
<Desc/Clms Page number 12>
du jeu 12 entre le piston actif 2 et le cylindre intérieur 7 reste donc quasiment inchangée quelle que soit la température environnante.
La dilatation du cylindre 5 et la contraction simultanée du cylindre 7 engendrent un glissement relatif des deux pièces. La présence de la couche de lubrifiant solide 13 à l'interface entre ces deux pièces permet de faciliter ce glissement. Cette couche de lubrifiant a une épaisseur de 0.1 um à 5 um, mais préférentiellement de 0. 3 um à 1 um.
La présence de cette couche permet également de faciliter le montage en force du cylindre 7 dans le cylindre 5.
Un autre mode de réalisation prévoit que ce lubrifiant 13 est contenu dans le matériau du cylindre extérieur 5 et/ou dans le matériau du cylindre intérieur 7.
Ce contrôle du jeu se fait plus simplement que dans l'art antérieur décrit dans le document FR 99 13 130, car le nombre de pièces dont il faut contrôler la dilatation est plus réduit. De plus, dans ce premier mode de réalisation préféré, les cylindres ne présentent pas de fentes de dilatation comme dans l'actionneur selon le document FR 99 13 130.
Les pièces sont moins sollicitées en contraintes car ces dernières ne s'exercent qu'à l'interface des pièces 5 et 7.
Enfin, le glissement relatif des pièces est facilité par la présence du lubrifiant solide 13, contrairement aux actionneurs décrits dans l'état de l'art.
Par conséquent, pour toutes ces raisons, la durée de vie de l'actionneur s'en trouve allongée.
DEUXIEME EXEMPLE DE REALISATION.
Description.
Un deuxième mode de réalisation, dont la structure est similaire à celle du premier mode de réalisation, est représenté en coupe transversale sur la figure 6 et en coupe longitudinale sur la figure 7. Les numéros des pièces sur ces figures sont similaires à ceux des figures 3,4 et 5 pour traduire la similarité des composants du deuxième mode de réalisation.
<Desc/Clms Page number 13>
Sur les figures 6 et 7, le cylindre 5 présente des moyens de support et de rigidité 10 matérialisés par une ou plusieurs excroissances de matière s'étendant radialement au cylindre 5. Cependant, on pourrait tout à fait considérer un cylindre 5 de contour circulaire dans les développements qui suivent et rester dans un actionneur selon l'invention.
Dans ce deuxième mode de réalisation, le cylindre 5 présente une ou plusieurs fentes de dilatation 11.
Ces fentes 11 sont radiales et s'étendent à partir de génératrices du cylindre intérieur 7. Chaque fente 11 s'étend dans les directions radiale et longitudinale, dans les parties de faible épaisseur du cylindre 5 et/ou préférentiellement dans les excroissances 10. L'extension longitudinale s'effectue préférentiellement sur la longueur du cylindre.
Principe de fonctionnement.
Le principe de fonctionnement de ce deuxième mode de réalisation est similaire à celui du premier mode de réalisation décrit précédemment. Ce deuxième mode de réalisation sera préféré dans le cas où le cylindre extérieur 5 est construit en un matériau qui présente des déformations élastiques faibles. Les fentes 11 vont donc augmenter les possibilités d'élongation du cylindre 5.
Il faut cependant noter que ce deuxième mode de réalisation sera préféré uniquement en cas de problèmes d'élongation du cylindre 5 car les fentes 11 diminuent la raideur K du système cylindre intérieur 7-cylindre extérieur 5.
Lors du fonctionnement de l'actionneur ou de la montée en température, le cylindre extérieur 5, ayant un coefficient de dilatation thermique positif, va se dilater. En même temps qu'il a tendance à se dilater radialement pour compenser la contraction du cylindre 7 comme dans le premier mode de réalisation, il se dilate circonférentiellement et resserre les fentes 11 de dilatation, ce qui a pour effet de limiter sa dilatation radiale.
TROISIEME EXEMPLE DE REALISATION.
Description.
<Desc/Clms Page number 14>
Le troisième mode de réalisation, représenté sur les figures 8 et 9, possède la même structure que le premier mode de réalisation des figures 3 et 4 et une numérotation similaire des composants reflète cette similarité.
Cependant, la grande différence est que le cylindre extérieur 5'est en un matériau possédant un coefficient de dilatation thermique négatif, et que le cylindre intérieur 7'possède un coefficient de dilatation thermique positif ou proche de zéro (inférieur à 2 ppm/K en valeur absolue par exemple).
Le piston actif en matériau piézo-électrique 2 et le cylindre interne 7 sont séparés par un jeu 12.
Les couples de friction 3 recouvrent totalement ou en partie le cylindre 7 et le piston 2 et engendrent entre ces deux éléments une force de frottement élevée.
La figure 9 montre que le piston 2 comporte de la même façon que dans le document FR 99 13 130 une pluralité de tronçons 4. Les tronçons 4 du piston 2 sont de même des cylindres ou disques multicouches de 25 mm diamètre et d'une épaisseur de 15 à 20 mm.
Une couche de lubrifiant solide est présente à l'interface entre le cylindre externe 5'et le cylindre interne 7'.
Dans un autre mode de réalisation, ce lubrifiant solide pourra être inclus dans telles matériau (x) des cylindres 5'et/ou 7'.
Dans ce mode de réalisation, on définit une relation E'par :
avec aT, a5'et K7', K5'les coefficients de dilatation thermique et les raideurs du cylindre intérieur 7'et du cylindre extérieur 5'respectivement.
avec aT, a5'et K7', K5'les coefficients de dilatation thermique et les raideurs du cylindre intérieur 7'et du cylindre extérieur 5'respectivement.
On alors dans ce cas : a7 est positif, as'est négatif, et
Principe de fonctionnement.
Principe de fonctionnement.
<Desc/Clms Page number 15>
A basse température, le piston 2 et le cylindre 5'sont séparés par le jeu 12. Au fur et à mesure du fonctionnement de l'actionneur et lorsque la température environnante ou des pièces environnantes augmente, le piston 2 se contracte. Simultanément, le cylindre intérieur 7'a tendance à se dilater. La valeur du jeu 12 a donc tendance à augmenter.
Comme dans les modes de réalisation précédents, le cylindre extérieur 5'va compenser cet effet pour maintenir la valeur du jeu 12 quasi constante et assurer un bon fonctionnement de l'actionneur.
Le cylindre extérieur 5'possède un coefficient de dilatation thermique négatif. Par conséquent, il va se contracter et empêcher le cylindre 7'de se dilater. Comme le cylindre 7'ne se dilate plus, le jeu 12 reste constant.
La contrainte à l'interface entre le cylindre 5'et le cylindre 7' augmente au fur et à mesure que le cylindre intérieur 7'essaie de se dilater et que le cylindre externe 5'l'en empêche en se contractant.
Ce mode de réalisation sera mis en oeuvre avec des cylindres de matériaux à coefficient de dilatation négatif qui supportent des tensions élevées s'exerçant sur leur diamètre interne. Ce n'est pas le cas de tous les matériaux à coefficient de dilatation négatif. Dans le cas où le matériau à coefficient de dilatation négatif présente une résistance à ces tensions trop faible, les premier et deuxième modes de réalisation seront préférés.
Dans tous les cas, les tensions sur le matériau à coefficient de dilatation négatif ne doivent pas excéder 200 MPa pour que la phase du matériaux soit stable.
En outre, de même que pour les modes de réalisation précédents, l'homme de métier peut concevoir des variantes à ce mode de réalisation préféré sans quitter le champ de l'invention.
Ces variantes sont par exemple la présence de moyens de support et de rigidité sous la forme d'excroissances externes sur le cylindre externe 5'. La présence de fentes de dilatation dans le cylindre interne 7'ou de rétractations dans le cylindre 5'ainsi que le dimensionnement de leur
<Desc/Clms Page number 16>
profondeur, permettent de résoudre les problèmes d'élongation insuffisante que présenterait le troisième mode de réalisation des figures 8 et 9.
Le terme cylindre utilisé dans tous les développements qui précèdent doit être entendu au sens large. Il désigne de façon générale toute forme définie par un ensemble de génératrices parallèles s'appuyant sur une même surface fermée.
Les actionneurs qui viennent d'être décrits sont avantageusement utilisés pour équiper des étriers de frein, et plus particulièrement des étriers de frein d'avions ou d'automobiles, ou les systèmes d'embrayage.
Claims (10)
1. Actionneur comportant un piston linéaire (2) en matériau actif et un cylindre de coulissement (7/7), le piston linéaire en matériau actif comportant une pluralité de tronçons (4) aptes à être commandés pour être dilatés de façon à se bloquer dans le cylindre (7/7') de coulissement et/ou pour être allongés à l'intérieur du cylindre (7/7') de coulissement de façon à ce que le piston (2) se déplace, en frottement à sec, axialement dans le cylindre de coulissement (7/7'), caractérisé en ce qu'il comporte un cylindre (5/5') extérieur dans lequel ledit cylindre de coulissement (7/7') est pré-contraint, l'un ou l'autre du cylindre extérieur (5/5') et du cylindre de coulissement (7/7') étant en matériau ayant un coefficient de dilatation thermique négatif, l'autre cylindre ayant un coefficient de dilatation thermique positif ou sensiblement nul.
2. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre en un matériau à coefficient de dilatation thermique négatif est le cylindre de coulissement (7, 7'), le cylindre extérieur étant en un matériau à coefficient de dilatation positif ou sensiblement nul.
3. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre en un matériau à coefficient de dilatation thermique négatif est le cylindre extérieur (5,5'), le cylindre de coulissement (7/7') étant en un matériau à coefficient de dilatation positif ou sensiblement nul.
4. Actionneur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une couche de lubrifiant solide (13) à l'interface entre le cylindre extérieur (5/5') et le cylindre de coulissement (7/7').
<Desc/Clms Page number 18>
5. Actionneur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau du cylindre ayant un coefficient de dilatation thermique négatif ou proche de zéro est un des matériaux suivants :
- du ZrW2O8, en phase a et/ou p, - du HfW2Og, - du ZrV207, - du Y AIW3O12, - du ZrP2-xVx07, avec 0 < x < 2 - du SC2 (WO4) 3
ou un quelconque composite de ces matériaux.
6. Actionneur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le lubrifiant solide est un des matériaux suivants :
- du nitrure de bore hexagonal, - du MoS2, - du CeF3, - du WS2, Wse2, - du graphite intercalé ou non intercalé, - du sulfure d'étain ayant pour formules possibles SnS, SnS2 et/ou Sn3S4
ou une quelconque combinaison possible de ces matériaux.
7. Actionneur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cylindre extérieur (5/5') comporte des excroissances externes (10), s'étendant radialement au cylindre (5/5').
8. Actionneur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un des deux cylindres (5, 5'/7, 7') comporte une ou plusieurs fentes (11), s'étendant radialement et longitudinalement dans le cylindre.
9. Actionneur selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'une fente (11) s'étend dans une excroissance (10).
<Desc/Clms Page number 19>
10. Actionneur selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que les tronçons (4) successifs en matériau actif piézo-électrique sont aptes à être déformés indépendamment les uns des autres par des moyens de commande pour se raccourcir sur eux-mêmes de façon à se bloquer par rapport au cylindre de coulissement (li') ou pour s'allonger de façon à se libérer par rapport à celui-ci.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0100457A FR2819468B1 (fr) | 2001-01-15 | 2001-01-15 | Perfectionnement aux actionneurs a piston actif |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0100457A FR2819468B1 (fr) | 2001-01-15 | 2001-01-15 | Perfectionnement aux actionneurs a piston actif |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2819468A1 true FR2819468A1 (fr) | 2002-07-19 |
| FR2819468B1 FR2819468B1 (fr) | 2003-05-30 |
Family
ID=8858800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0100457A Expired - Fee Related FR2819468B1 (fr) | 2001-01-15 | 2001-01-15 | Perfectionnement aux actionneurs a piston actif |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2819468B1 (fr) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1729354A1 (fr) | 2005-06-01 | 2006-12-06 | SAGEM Défense Sécurité | Perfectionnement aux matériaux des cylindres des actionneurs à piston actif |
| EP1729352A1 (fr) | 2005-06-01 | 2006-12-06 | Sagem Défense Sécurité | Perfectionnement aux matériaux des actionneurs à piston actif |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4219755A (en) * | 1977-03-18 | 1980-08-26 | Physics International Company | Electromotive actuator |
| US4454441A (en) * | 1982-02-12 | 1984-06-12 | West Electric Company, Ltd. | Piezoelectric driving apparatus |
| US5514360A (en) | 1995-03-01 | 1996-05-07 | The State Of Oregon, Acting By And Through The Oregon State Board Of Higher Education, Acting For And On Behalf Of Oregon State University | Negative thermal expansion materials |
| US5751090A (en) * | 1995-05-17 | 1998-05-12 | Burleigh Instruments Inc | Peristaltic driver apparatus |
| US5919720A (en) | 1997-04-15 | 1999-07-06 | State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University | Materials with low or negative thermal expansion |
-
2001
- 2001-01-15 FR FR0100457A patent/FR2819468B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4219755A (en) * | 1977-03-18 | 1980-08-26 | Physics International Company | Electromotive actuator |
| US4454441A (en) * | 1982-02-12 | 1984-06-12 | West Electric Company, Ltd. | Piezoelectric driving apparatus |
| US5514360A (en) | 1995-03-01 | 1996-05-07 | The State Of Oregon, Acting By And Through The Oregon State Board Of Higher Education, Acting For And On Behalf Of Oregon State University | Negative thermal expansion materials |
| US5751090A (en) * | 1995-05-17 | 1998-05-12 | Burleigh Instruments Inc | Peristaltic driver apparatus |
| US5919720A (en) | 1997-04-15 | 1999-07-06 | State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University | Materials with low or negative thermal expansion |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1729354A1 (fr) | 2005-06-01 | 2006-12-06 | SAGEM Défense Sécurité | Perfectionnement aux matériaux des cylindres des actionneurs à piston actif |
| EP1729352A1 (fr) | 2005-06-01 | 2006-12-06 | Sagem Défense Sécurité | Perfectionnement aux matériaux des actionneurs à piston actif |
| FR2886784A1 (fr) * | 2005-06-01 | 2006-12-08 | Sagem Defense Securite | Perfectionnement aux materiaux des cylindres des actionneurs a piston actif |
| FR2886785A1 (fr) * | 2005-06-01 | 2006-12-08 | Sagem Defense Securite | Perfectionnement aux materiaux des actionneurs a piston actif |
| US7298068B2 (en) | 2005-06-01 | 2007-11-20 | Sagem Defense Securite | Materials of active-piston actuators |
| US7569974B2 (en) | 2005-06-01 | 2009-08-04 | Sagem Defense Securite | Materials of the cylinders of active-piston actuators |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2819468B1 (fr) | 2003-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1729354B1 (fr) | Perfectionnement aux matériaux des cylindres des actionneurs à piston actif | |
| EP1851452B1 (fr) | Organe de guidage | |
| EP1729352B1 (fr) | Perfectionnement aux matériaux des actionneurs à piston actif | |
| EP2942147B1 (fr) | Mécanisme d'échappement d'horlogerie sans lubrification | |
| CA2548665C (fr) | Perfectionnement aux materiaux de friction | |
| FR2819468A1 (fr) | Perfectionnement aux actionneurs a piston actif | |
| EP2818750B1 (fr) | Procédé d'utilisation et de rénovation d'un disque d'une pile de disques | |
| EP3781992B1 (fr) | Procédé de fabrication d'un ressort horloger à base de silicium | |
| EP0777278B1 (fr) | Moteur à vibrations à interface rotor/stator à alliage à mémoire de forme | |
| FR2819650A1 (fr) | Actionneur a piston actif, notamment a piston piezo-electrique | |
| EP1144883B1 (fr) | Actionneur avec un piston a commande piezo electrique | |
| WO2016097410A1 (fr) | Piston pour actionneur electrique de frein, frein a tambour ou a disque et procede de montage | |
| FR2844933A1 (fr) | Perfectionnements aux moteurs hautes puissances. | |
| CA2548658A1 (fr) | Perfectionnements aux rotors de moteurs hautes puissances | |
| EP0506496B1 (fr) | Cage à éléments assemblés, notamment pour roulements à haute température de fonctionnement | |
| CH709609A2 (fr) | Mécanisme d'échappement d'horlogerie sans lubrification. | |
| FR2842354A1 (fr) | Composant piezo-electrique | |
| EP2212574B1 (fr) | Dispositif de guidage en rotation etanche au fluide | |
| EP3671873B1 (fr) | Microsysteme electromecanique comprenant un element actif pourvu d'une couche coeur structuree | |
| FR2961876A1 (fr) | Vis a rouleaux comportant un element actif pouvant bloquer un deplacement lineaire relatif de l'ecrou et de la vis | |
| EP3548972B1 (fr) | Methode d'optimisation des proprietes tribologiques d'un composant horloger | |
| FR2811389A1 (fr) | Frein a disque perfectionne a rappel et rattrapage d'usure de plaquette par deformation elastique et plastique, et procede | |
| WO2022058159A1 (fr) | Composant de micromecanique, notamment un mobile d'horlogerie, notamment un mobile d'echappement, dont la surface est optimisee | |
| FR3120106A1 (fr) | Actionneur électromécanique pour système de freinage de véhicule | |
| FR2784438A1 (fr) | Joint statique metallique a haute temperature |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TP | Transmission of property | ||
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 16 |
|
| CA | Change of address |
Effective date: 20161223 |
|
| CD | Change of name or company name |
Owner name: SAFRAN ELECTRONICS & DEFENSE, FR Effective date: 20161223 |
|
| CJ | Change in legal form |
Effective date: 20161223 |
|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20170929 |