SYSTEME DE TRANSFERT D'EFFORT A HAUTES PERFORMANCES HIGH PERFORMANCE EFFORT TRANSFER SYSTEM
L'invention se rapporte au brevet français numéro 2822401 du 19 novembre 2004 (extension PCT numéro PCT/FR/00444 du 5 février 2002) qui consiste en un actionneur à gain mécanique variable. Le brevet ci-dessus référencé comprend un écrou qu coopère, d'une part, de manière réversible, avec une vis entraînée en rotation par un moteur, et d'autre part, grâce à au moins un galet monté fou sur un axe perpendiculaire à celui de la vis, avec une douille constituée par une paroi cylindrique concentrique à la vis dans laquelle est taillée au moins une gorge hélicoïdale à pas variable mais inversé par rapport à celui de la vis, gorge dans laquelle roule le galet.The invention relates to French Patent No. 2822401 of November 19, 2004 (PCT extension number PCT / FR / 00444 of February 5, 2002) which consists of an actuator with variable mechanical gain. The patent referenced above comprises a nut that cooperates, on the one hand, reversibly, with a screw driven in rotation by a motor, and on the other hand, thanks to at least one idler roller mounted on an axis perpendicular to that of the screw, with a socket consisting of a cylindrical wall concentric with the screw in which is cut at least one helical groove variable pitch but inverted with respect to that of the screw, groove in which rolls the roller.
L'entraînement de la vis par le moteur va produire un déplacement longitudinal de l'écrou à une vitesse variable en fonction du pas de la gorge dans laquelle va rouler le galet. La génération de l'effort axial, et le fait que le système vis écrou soit réversible va provoquer un transfert d'effort entre le galet et la douille qui va venir alléger la contrainte axiale à laquelle est soumise la vis. Ce transfert d' effort sera d' autant plus important que le pas de la gorge taillé dans la douille sera faible par rapport à celui de la vis. Comme le tracé de la gorge peut prendre une valeur de pas nulle, on comprendra que la valeur de l'effort entre le galet et la douille peut être très élevé. C'est un des buts de l'invention de définir un système permettant un transfert d'effort élevé entre le (ou les) galet et la douille tout en assurant une bonne fiabilité et un niveau de rendement élevé compatible avec les utilisations de ce système (actionneur d'outil de serrage, de frein électrique, de voilure aéronautique, ) Le galet aura un profil tronconique tandis que la face de contact correspondant de la gorge sera inclinée par rapport à l'axe du galet d'une valeur telle que l'augmentation de vitesse provoquée par l' éloignement du point de contact entre le galet et la gorge par rapport à l'axe de la vis soit intégralement compensée par l'augmentation du diamètre du galet en fonction de ce même éloignement. On assure ainsi un contact entre le galet et la face de la gorge continu et homogène ne provoquant aucun glissement parasitaire quelles que soient les valeurs relatives de l'épaisseur de la paroi de la douille, de son diamètre et de celui du galet. C'est un autre but de l'invention que de prévoir plusieurs galets coplanaires afin que les efforts que produit sur leur axe leur profil tronconique s'annulent et ne provoquent aucune contrainte sur l'axe. On prévoira ainsi deux galets à 180°, 3 galets à 120° et ainsi de suite. C'est un autre but de l'invention que de prévoir dans chaque galet une butée permettant de reprendre l'effort axial généré par son profil tronconique. C'est enfin un quatrième but de l'invention de prévoir entre l'écrou et la vis un eu supérieur à la valeur de la tolérance du centrage de l'écrou par les galets afin de soustraire la vis à tous phénomènes hyperstatiques qui pourraient la contraindre. Dans la description qui suit faite à titre d'exemple, on reconnaît dans la figure 1 :The drive of the screw by the motor will produce a longitudinal displacement of the nut at a variable speed depending on the pitch of the groove in which will roll the roller. The generation of the axial force, and the fact that the screw nut system is reversible will cause a transfer of effort between the roller and the bushing which will come to lighten the axial stress to which the screw is subjected. This transfer of effort will be all the more important that the pitch of the groove cut in the socket will be small compared to that of the screw. As the course of the groove can take a step value of zero, it will be understood that the value of the force between the roller and the sleeve can be very high. It is an object of the invention to define a system allowing a high transfer of effort between the roller (or rollers) and the bushing while ensuring a good reliability and a high level of efficiency compatible with the uses of this system. (clamping tool actuator, electric brake, aerospace wing,) The roller will have a frustoconical profile while the corresponding contact face of the groove will be inclined relative to the axis of the roller of a value such that the speed increase caused by the distance of the point of contact between the roller and the groove relative to the axis of the screw is fully compensated by the increase in the diameter of the roller as a function of this same distance. This ensures a contact between the roller and the face of the continuous and homogeneous groove causing no parasitic sliding irrespective of the relative values of the thickness of the wall of the sleeve, its diameter and that of the roller. It is another object of the invention to provide a plurality of coplanar rollers so that the forces produced on their axis their frustoconical profile cancel out and cause no stress on the axis. This will provide two rollers 180 °, 3 rollers 120 ° and so on. It is another object of the invention to provide in each roller an abutment for taking up the axial force generated by its frustoconical profile. It is finally a fourth object of the invention to provide between the nut and the screw a higher than the value of the tolerance of the centering of the nut by the rollers in order to subtract the screw to all hyperstatic phenomena that could constrain. In the following description given by way of example, FIG. 1 shows:
La vis 10 qui fait avec l'écrou 12 un système réversible et qui peut être entraînée en rotation sur son axe XX' par un moteur non représenté. L'écrou 12 porte un galet 14 monté libre en rotation sur son axe YY' et qui prend appui sur la paroi 16 qui fait partie de la douille. Cette paroi 16 est cylindrique suivant l'axe XX' de telle sorte qu'elle est concentrique à la vis 10. Le galet 14 se déplace dans la gorge 18 hélicoïdale à pas variable, de sens inversé par rapport à celui de la vis 10, taillé dans ladite paroi 16. La mise en rotation de la vis 10 va entraîner un déplacement longitudinal de l'écrou 12 donc, suivant le sens de rotation du moteur et le pas de la vis 10, la génération de la force F. Le système vis écrou 10-12 étant réversible, l'écrou va se déplacer en suivant, par le galet 14, le pas de la gorge 18 taillée dans la pièce 16.The screw 10 which makes with the nut 12 a reversible system and which can be rotated on its axis XX 'by a motor not shown. The nut 12 carries a roller 14 mounted free to rotate on its axis YY 'and which bears on the wall 16 which is part of the sleeve. This wall 16 is cylindrical along the axis XX 'so that it is concentric with the screw 10. The roller 14 moves in the variable pitch helical groove 18, of direction opposite to that of the screw 10, cut in said wall 16. The rotation of the screw 10 will cause a longitudinal displacement of the nut 12 so, depending on the direction of rotation of the motor and the pitch of the screw 10, the generation of the force F. The nut screw system 10-12 being reversible, the nut will move following, by the roller 14, the pitch of the groove 18 cut in the part 16.
Ainsi une part importante de l'effort F va être généré par l'appui du galet 14 sur la pièce 16. Cette part sera d'autant plus importante que le pas de la gorge 18 de la pièce 16 sera faible par rapport au pas de la vis 10. On a vu que lorsque ce pas est nul, on a une phase d'irréversibilité intrinsèque qui soustrait la vis 10 à tout effort axial.Thus a large part of the force F will be generated by the support of the roller 14 on the part 16. This share will be all the more important that the pitch of the groove 18 of the part 16 will be small compared to the step of the screw 10. It has been seen that when this pitch is zero, there is an intrinsic irreversibility phase which subtracts the screw 10 from any axial force.
Le but de l'invention est donc de permettre un transfert d'effort entre le galet 14 et la pièce 16 le plus performant possible. Il s'agit donc d' adopter un profil de galet et de gorge assurant le meilleur rendement possible en supprimant tout glissement parasitaire et en assurant la parfaite égalité des vitesses des pièces en contact et ceci pour tous les points de contact. Il faut donc que le diamètre du galet 14 croisse proportionnellement au rayon autour de l'axe XX' du point de contact correspondant sur la pièce 16. Cette configuration est obtenue quand la face de contact entre le galet 14 et la pièce 16 est confondue avec 1 Λaxe ZZ' qu relie le point de rencontre O des axes XX' et YY' et le point P qui correspond au point de contact entre la pièce 16 et le galet 14 au niveau du diamètre moyen d de ce dernier. Cette configuration assure bien un contact intime et sans glissement parasitaire entre ces deux pièces quelles que soient les valeurs de D (diamètre de la douille) , d (diamètre moyen des galets) et E (épaisseur de la douille) . Bien évidemment, le nombre des galets et leur disposition (2 à 180°, 3 à 120° et ainsi de suite) seront tels que on ne ramène aucune contrainte particulière sur la vis à cause de l'effort axial généré sur chaque galet par sa forme tronconique. Le montage des galets 14 sur leur axe comportera une butée afin de reprendre ledit effort axial. Cette butée n'est pas représentée sur la figure 1. Enfin, le jeu mécanique entre l'écrou 12 et la vis 10 sera tel que le centrage produit par les galets 14 et la pièce 16 ne ramène sur la vis aucune contrainte. En fait, la valeur de ce jeu sera nettement supérieure à celle de la précision de réalisation du centrage de la pièce 16 et des galets 14, afin de ne pas créer de système hyperstatique. Par ailleurs, cette configuration susceptible de transférer des charges importantes est particulièrement intéressante dans le cas d'application de presses (manuelles ou motorisées) . Plus généralement, en rationalisant les conditions de transfert entre les galets et la douille, elle permet de réduire au minimum l'encombrement de l'ensemble de la cinématique pour une charge donnée.The object of the invention is therefore to allow a transfer of effort between the roller 14 and the piece 16 the most efficient possible. It is therefore a question of adopting a profile of roller and throat ensuring the best possible performance by eliminating any parasitic sliding and ensuring the perfect equality of the speeds of the parts in contact and this for all the points of contact. It is therefore necessary that the diameter of the roller 14 increases proportionally to the radius around the axis XX 'of the corresponding point of contact on the part 16. This configuration is obtained when the contact face between the roller 14 and the part 16 is merged with 1 Λ axis ZZ 'that connects the meeting point O of the axes XX' and YY 'and the point P which corresponds to the point of contact between the workpiece 16 and the roller 14 at the average diameter d of the latter. This configuration ensures good intimate contact and no parasitic sliding between these two parts regardless of the values of D (diameter of the bushing), d (average diameter of the rollers) and E (thickness of the bushing). Obviously, the number of rollers and their arrangement (2 to 180 °, 3 to 120 ° and so on) will be such that no particular stress is brought on the screw because of the axial force generated on each roller by its frustoconical shape. The mounting of the rollers 14 on their axis will comprise a stop to take up said axial force. This abutment is not shown in FIG. 1. Finally, the mechanical clearance between the nut 12 and the screw 10 will be such that the centering produced by the rollers 14 and the part 16 does not return any constraint to the screw. In fact, the value of this game will be significantly greater than that of the precision of centering the piece 16 and the rollers 14, so as not to create a hyperstatic system. Moreover, this configuration capable of transferring large loads is particularly interesting in the case of application of presses (manual or motorized). More generally, by rationalizing the transfer conditions between the rollers and the bushing, it makes it possible to minimize the overall dimensions of the kinematics for a given load.
On notera enfin que le centrage de la pièce 16 et des galets 14 sur l'écrou 12 peut être un guidage linéaire intéressant pour l'ensemble du système mobile dans certaines configurations. Note finally that the centering of the part 16 and the rollers 14 on the nut 12 can be a linear guide interesting for the entire mobile system in some configurations.