FR2943330A1 - VARIABLE MECHANICAL GAIN COUPLING SYSTEM - Google Patents
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Abstract
Système d'accrochage à gain mécanique variable permettant d'accrocher et de sécuriser des charges importantes, par exemple des batteries d'alimentation de véhicules électriques, dans un temps très court avec peu d'infrastructure, et avec des besoins énergétiques très faibles, ces besoins pouvant être couverts par exemple par la batterie secondaire du véhicule.Variable mechanical gain hooking system for securing and securing large loads, such as electric vehicle power batteries, in a very short time with little infrastructure, and with very low energy requirements, needs that can be covered for example by the secondary battery of the vehicle.
Description
SYSTEME D'ACCROCHAGE A GAIN MECANIQUE VARIABLE L'invention concerne une application particulière de l'actionneur à gain mécanique variable déjà connu et notamment décrit dans le document PCT/FR/05/000306 du 25 5 août 2005. The invention relates to a particular application of the actuator with variable mechanical gain already known and in particular described in document PCT / FR / 05/000306 of August 5, 2005.
Il s'agit d'adapter les caractéristiques de fonctionnement de ce système afin de lui permettre de réaliser l'accrochage d'une charge, son positionnement en XY par rapport à un support contre lequel la dite charge doit être bridée, son déplacement sur l'axe Z, 10 sa mise en contact sur le support et le verrouillage mécanique à la position recherchée. Cette application est particulièrement intéressante pour le remplacement rapide de batteries d'accumulateurs de voiture électrique accrochées sous la caisse du véhicule. It is a question of adapting the operating characteristics of this system in order to enable it to carry out the attachment of a load, its positioning in XY with respect to a support against which said load must be clamped, its displacement on the Z axis, its contact on the support and the mechanical locking at the desired position. This application is particularly interesting for the quick replacement of electric car batteries accumulated under the vehicle body.
Dans le document cité ci-dessus, les demandeurs ont décrit un outil de serrage qui 15 comporte un premier organe et un deuxième organe capable d'un déplacement relatif sous l'action d'un dispositif d'entraînement, ce dispositif comprenant une vis d'un pas donné propre à être entraînée en rotation autour d'un axe, dans un sens ou dans un sens opposé sous l'action d'un moteur. Un écrou coopérant avec la vis et propre à être entraîné en translation dans la direction de l'axe de la vis, ledit écrou étant solidaire en 20 translation du premier organe. Des premiers moyens de guidage définissant un guidage linéaire parallèle à l'axe de la vis pour bloquer la rotation de l'écrou dans une première phase de déplacement de l'écrou, et des deuxièmes moyens de guidage définissant un guidage hélicoïdal qui s'étend suivant l'axe de la vis qui a un pas inversé par rapport au pas de la vis pour permettre la rotation de l'écrou dans le même sens de rotation que la 25 vis dans une deuxième phase de déplacement de l'écrou. In the document cited above, the applicants have described a clamping tool which comprises a first member and a second member capable of relative movement under the action of a driving device, this device comprising a screw a given pitch suitable for being rotated about an axis, in a direction or in an opposite direction under the action of a motor. A nut cooperating with the screw and adapted to be driven in translation in the direction of the axis of the screw, said nut being integral in translation with the first member. First guiding means defining a linear guide parallel to the axis of the screw to block the rotation of the nut in a first phase of displacement of the nut, and second guiding means defining a helical guide which extends along the axis of the screw which has a pitch inverted relative to the pitch of the screw to allow the rotation of the nut in the same direction of rotation as the screw in a second phase of displacement of the nut.
Ce dispositif d'entraînement présente un rapport cinématique variable avec une première phase de déplacement où l'écrou est bloqué en rotation et une deuxième phase de déplacement où l'écrou est entraîné en rotation dans le même sens que la vis, ce qui 30 permet alors de diminuer le pas apparent de la vis, et donc la vitesse en translation de l'écrou dans cette deuxième phase de déplacement. En supposant que la vis tourne à une vitesse angulaire constante, la vitesse en translation (vitesse linéaire) de l'écrou sera plus rapide dans la première phase de déplacement que dans la deuxième phase de déplacement. This drive device has a variable kinematic ratio with a first phase of displacement where the nut is locked in rotation and a second phase of displacement where the nut is rotated in the same direction as the screw, which allows then to reduce the apparent pitch of the screw, and therefore the speed in translation of the nut in this second phase of displacement. Assuming that the screw rotates at a constant angular velocity, the translational speed (linear velocity) of the nut will be faster in the first phase of displacement than in the second phase of displacement.
L'invention vise à adapter à ce dispositif un système d'accrochage qui permette de se 5 saisir d'une charge, cet accrochage se faisant dans une phase de rotation de l'écrou ceci dans une position angulaire précise et parfaitement répétitive. The invention aims to adapt to this device a hooking system that allows to seize a load, this hooking being done in a phase of rotation of the nut this in a precise angular position and perfectly repeatable.
C'est un autre point de l'invention que de permettre d'une part, le déplacement de la dite charge dans l'axe Z (vertical) sur des courses pouvant atteindre plusieurs 10 centimètres (voir plus) et permettre ainsi le positionnement en XY (plan horizontal) de la charge par rapport au support contre lequel doit venir se bloquer la charge et, d'autre part, d'assurer un positionnement correct dans le plan horizontal des faces respectives de la charge et de son support qui doivent rentrer en contact. It is another point of the invention to allow on the one hand, the displacement of said load in the Z axis (vertical) on strokes of up to several centimeters (see more) and thus allow the positioning in XY (horizontal plane) of the load relative to the support against which must come to block the load and, secondly, to ensure proper positioning in the horizontal plane of the respective faces of the load and its support which must return in touch.
15 C'est un autre point de l'invention que de permettre, une fois la charge en contact avec son support, d'exercer une force suffisante pour permettre la solidarisation de la charge avec son support, cette force pouvant être très supérieure au seul poids de la charge. It is another point of the invention to allow, once the load in contact with its support, to exert sufficient force to allow the load to be secured to its support, this force being able to be much greater than weight of the load.
C'est enfin un autre point de l'invention d'assurer un verrouillage mécanique du 20 système d'accrochage afin que la charge et son support ne puissent être désolidarisés de manière intempestive. Finally, it is another point of the invention to provide a mechanical locking of the fastening system so that the load and its support can not be inadvertently disconnected.
Dans la description qui suit faite à titre d'exemple, on reconnaît : In the following description given by way of example, we recognize:
25 - la figure 1 est une vue en élévation, avec arrachement partiel, d'un outil de serrage conforme à l'art antérieur. FIG. 1 is an elevational view, partially broken away, of a clamping tool according to the prior art.
- la figure 2 montre une vue en élévation de l'actionneur équipé de son système d'accrochage, les figures 3, 4, 5 et 6, montrent les différentes séquences d'une opération 30 d'accrochage. - Figure 2 shows an elevational view of the actuator equipped with its attachment system, Figures 3, 4, 5 and 6, show the different sequences of an attachment operation.
On se réfère à la figure 1 qui représente un outil de serrage selon l'art antérieur et plus précisément selon la demande PCT/FR/05/000306. L'outil de serrage est muni d'un dispositif de serrage comprenant une vis 10 propre à être entraînée en rotation autour d'un axe XX par l'intermédiaire d'un moteur électrique M qui peut être couplé à une commande numérique. Referring to Figure 1 which shows a clamping tool according to the prior art and more specifically according to the application PCT / FR / 05/000306. The clamping tool is provided with a clamping device comprising a screw 10 adapted to be rotated about an axis XX by means of an electric motor M which can be coupled to a digital control.
Cette vis 10 possède un pas P1 et elle peut être entraînée en rotation dans un sens ou dans l'autre par le moteur M. La vis 10 coopère avec un écrou 12 susceptible d'être entraîné en translation dans la direction de l'axe XX de la vis. Cet écrou est solidaire d'un support 14, appelé aussi support mobile , réalisé sous la forme d'un élément tubulaire qui entoure au moins en partie la vis 10. This screw 10 has a pitch P1 and can be rotated in one direction or the other by the motor M. The screw 10 cooperates with a nut 12 capable of being driven in translation in the direction of the axis XX of the screw. This nut is secured to a support 14, also called mobile support, made in the form of a tubular element which at least partly surrounds the screw 10.
Le support 14 est relié à une platine 16 qui porte un premier organe 18 (appelé aussi organe mobile ) susceptible d'être déplacé en translation, dans une direction parallèle à l'axe XX, pour se rapprocher ou s'éloigner d'un deuxième organe 20 (appelé aussi organe fixe ) porté par un support fixe 22 qui porte également le moteur M. The support 14 is connected to a plate 16 which carries a first member 18 (also called movable member) capable of being displaced in translation, in a direction parallel to the axis XX, to move towards or away from a second member 20 (also called fixed member) carried by a fixed support 22 which also carries the motor M.
Une colonne 24 est fixée au support 22 et s'étend dans une direction parallèle à l'axe XX pour assurer un guidage en translation du support mobile 14 portant l'organe mobilel8. La platine 16 est munie à cet effet d'un alésage axial 26 traversé par la colonne 24. Dans l'exemple particulier où l'outil de serrage est une pince à souder, l'organe mobile 18 et l'organe fixe 20 constituent respectivement une électrode et une contre électrode. A column 24 is fixed to the support 22 and extends in a direction parallel to the axis XX to provide a guide in translation of the mobile support 14 carrying the mobilel8 member. The plate 16 is provided for this purpose with an axial bore 26 traversed by the column 24. In the particular example where the clamping tool is a welding pliers, the movable member 18 and the fixed member 20 respectively constitute an electrode and a counter electrode.
Dans l'exemple de réalisation, le pas P1 de la vis 10 est un pas à droite dont la valeur est avantageusement de l'ordre de grandeur de son propre diamètre. L'écrou 12 est équipé d'une paire de galets 28 qui forment des éléments suiveurs et qui sont montés libres en rotation autour d'un axe YY qui est perpendiculaire à l'axe XX de la vis. Seul l'un des galets est visible sur la figure 1. In the exemplary embodiment, the pitch P1 of the screw 10 is a step to the right, the value of which is advantageously of the order of magnitude of its own diameter. The nut 12 is equipped with a pair of rollers 28 which form follower elements and which are mounted free to rotate about an axis YY which is perpendicular to the axis XX of the screw. Only one of the rollers is visible in Figure 1.
Le support 22 porte un cylindre creux 30, encore appelé douille creuse , qui présente une paroi cylindrique 32 dans laquelle sont taillées deux gorges opposées 34 (seule l'une des deux gorges est visible sur la figure 1). Les galets 28 précités sont agencés pour rouler respectivement dans les deux gorges 34 qui forment les moyens de guidage. The support 22 carries a hollow cylinder 30, also called hollow socket, which has a cylindrical wall 32 in which are cut two opposite grooves 34 (only one of the two grooves is visible in Figure 1). The aforementioned rollers 28 are arranged to roll respectively in the two grooves 34 which form the guide means.
Chacune des gorges 34 comprend une partie linéaire 34L qui s'étend parallèlement à l'axe de la vis pour procurer un guidage linéaire à l'écrou 12, ainsi qu'une partie hélicoïdale 34H qui se raccorde à la partie linéaire 34L pour procurer un guidage hélicoïdal. Cette partie hélicoïdale s'étend suivant l'axe XX de la vis et possède un pas P2 qui est inversé par rapport au pas Pl de la vis, et qui est donc à gauche dans l'exemple. Tant que les galets 28 sont en contact avec la partie 34L des gorges, ces dernières empêchent l'écrou de tourner ; et celui-ci peut se déplacer en translation avec une vitesse linéaire imposée par la vitesse angulaire du moteur M et le pas P 1 de la vis. Ceci constitue une première phase de déplacement Dl, encore appelée course que l'on peut qualifier de phase inertielle. Each of the grooves 34 comprises a linear portion 34L which extends parallel to the axis of the screw to provide a linear guide to the nut 12, and a helical portion 34H which connects to the linear portion 34L to provide a helical guidance. This helical portion extends along the axis XX of the screw and has a pitch P2 which is inverted with respect to the pitch P1 of the screw, and which is therefore left in the example. As long as the rollers 28 are in contact with the portion 34L of the grooves, the latter prevent the nut from rotating; and it can move in translation with a linear speed imposed by the angular speed of the motor M and the pitch P 1 of the screw. This constitutes a first displacement phase D1, also called a race that can be described as an inertial phase.
A l'approche du point de serrage, c'est-à-dire lorsque les galets 28 se rapprochent respectivement des parties hélicoïdales 34H, ces dernières entraînent l'écrou en rotation dans le même sens que la vis. Il en résulte que la vitesse linéaire de l'écrou diminue jusqu'à devenir éventuellement nulle. En effet, ceci provient d'une variation apparente du pas (en fait, la vitesse linéaire de l'écrou est synchronisée sur le pas P2). Il est à noter que le pas P2 peut être constant ou variable. Si l'on suppose, par conséquent, que la vis 10 est entraînée en rotation autour de son axe avec une vitesse angulaire établie constante, l'écrou se déplace d'abord (dans le sens du serrage) avec une vitesse constante pour la phase Dl (phase inertielle) et ensuite avec une vitesse plus lente dans la deuxième phase D2. At the approach of the clamping point, that is to say when the rollers 28 are respectively closer to the helical portions 34H, the latter drive the nut in rotation in the same direction as the screw. As a result, the linear speed of the nut decreases to possibly zero. Indeed, this comes from an apparent variation of the pitch (in fact, the linear speed of the nut is synchronized on step P2). It should be noted that the pitch P2 can be constant or variable. Assuming, therefore, that the screw 10 is rotated about its axis with a constant set angular velocity, the nut moves first (in the clamping direction) with a constant speed for the phase D1 (inertial phase) and then with a slower speed in the second phase D2.
Dans le dispositif de serrage selon l'art antérieur, le support 14 est relié à la platine 16 de l'organe mobile 18 par une butée à billes désignée dans son ensemble par la référence 36, par laquelle le support mobile 14 reste en permanence solidaire en translation de l'organe mobile 18. Cette butée 36 comprend deux contre brides 38 disposées respectivement de part et d'autre de la platine 16 et prenant appui sur celle-ci par l'intermédiaire de billes 40. Les deux contre brides 38 sont maintenues axialement entre une collerette 42 prévue à une extrémité du support mobile 14 et un écrou 44 vissé autour d'une autre extrémité du support mobile 14. In the clamping device according to the prior art, the support 14 is connected to the plate 16 of the movable member 18 by a thrust bearing generally designated by reference 36, by which the movable support 14 remains permanently secured. in translation of the movable member 18. This stop 36 comprises two against flanges 38 respectively disposed on either side of the plate 16 and bearing on it by means of balls 40. The two against flanges 38 are held axially between a flange 42 provided at one end of the movable support 14 and a nut 44 screwed around another end of the movable support 14.
La figure 2 représente l'actionneur à gain mécanique variable représenté figure 1 équipé de son système d'accrochage, on reconnaît la vis 10, le support mobile 14, la paire de galets 28 (dont un seul est représenté), la douille 30 dans laquelle sont taillées les gorges 34 (une seule gorge est représentée). Ces gorges comportent quatre phases distinctes. Une phase 34L dite linéaire, dans laquelle les gorges sont parallèles à l'axe de la vis, une phase 34H hélicoïdale dont le pas inversé par rapport à celui de la vis est variable, deux phases 34P dans lesquelles les gorges sont dans un plan perpendiculaire à l'axe de la vis, ce qui correspond à un pas P2 nul. On dit aussi qu'il s'agit de phases à irréversibilité intrinsèque puisque un effort axial appliqué sur le support mobile 14 ne provoque dans ce cas aucun couple de rotation sur l'écrou quelle que soit la valeur de cet effort. FIG. 2 represents the variable mechanical gain actuator represented in FIG. 1 equipped with its attachment system, the screw 10, the mobile support 14, the pair of rollers 28 (only one of which is shown), the socket 30 in which are cut grooves 34 (only one groove is shown). These throats have four distinct phases. A so-called linear phase 34L, in which the grooves are parallel to the axis of the screw, a helical 34H phase whose pitch inverted with respect to that of the screw is variable, two phases 34P in which the grooves are in a perpendicular plane to the axis of the screw, which corresponds to a zero pitch P2. It is also said that these are phases with intrinsic irreversibility since an axial force applied to the mobile support 14 in this case causes no torque on the nut whatever the value of this effort.
La butée à billes 36 définie figure 1 a été supprimée, et une paire de galets 48, libres en rotation sur leur axe a été directement montée sur le support mobile 14, l'axe de ces galets étant perpendiculaire à celui de la vis 10. The thrust bearing 36 defined in FIG. 1 has been omitted, and a pair of rollers 48, free to rotate on their axis, has been directly mounted on the mobile support 14, the axis of these rollers being perpendicular to that of the screw 10.
La pièce 50 représente la partie femelle de la charge dans laquelle s'effectue l'accrochage, un trou en boutonnière est prévu à cet effet pour recevoir la paire de galets 48. Il est bien évidemment possible d'inverser le montage, c'est-à-dire de prévoir le système d'accrochage sur la charge, et la pièce 50 sur le support, de la même façon, le raisonnement effectué avec un mouvement vertical de la charge vaut quelle que soit la direction de ce mouvement. Par ailleurs, les faces de contact entre la charge et son support peuvent être de géométrie quelconque. The part 50 represents the female part of the load in which the hooking takes place, a buttonhole is provided for this purpose to receive the pair of rollers 48. It is obviously possible to reverse the assembly, it is that is to say to provide the attachment system on the load, and the part 50 on the support, in the same way, the reasoning performed with a vertical movement of the load is worth whatever the direction of this movement. Moreover, the contact faces between the load and its support can be of any geometry.
La figure 2 représente l'actionneur et la pièce 50 positionnés pour effectuer l'accrochage, les galets 48 qui sont montés sur le même support mobile 14 que les galets 28, et, dans notre exemple leur sont coplanaires, ont une position définie avec précision car ces derniers (les galets 28) sont en butée de la zone inférieure 34P des gorges 34. Cette position est donc très précise et parfaitement répétitive. Il suffit de monter par un système extérieur non représenté, peu précis, et ne soulevant que le poids de la charge, la dite charge afin de positionner la pièce 50 dans un plan supérieur à celui des galets 48, la boutonnière étant dimensionnée pour compenser les dispersions de positionnement entre la charge et le support contre laquelle elle doit être solidarisée. FIG. 2 represents the actuator and the part 50 positioned to effect the attachment, the rollers 48 which are mounted on the same movable support 14 as the rollers 28, and in our example are coplanar with them, have a precisely defined position. because the latter (the rollers 28) abut the lower zone 34P 34 throats. This position is very precise and perfectly repetitive. It is sufficient to mount by an unrepresented external system, not very accurate, and lifting only the weight of the load, said load to position the part 50 in a plane greater than that of the rollers 48, the buttonhole being dimensioned to compensate for the positioning dispersions between the load and the support against which it must be secured.
La figure 3 montre les nouvelles positions relatives après cette opération. Figure 3 shows the new relative positions after this operation.
La figure 4 représente l'ensemble après que les galets 28 soient sortis de la phase inférieure 34P des gorges, les galets 48 ont tourné du même angle que les galets 28 mais sont restés dans le même plan que dans la figure 3 (les gorges en 34P sont dans un plan perpendiculaire à l'axe de la vis), par contre, ils ne peuvent plus sortir de la boutonnière, mais n'ont toujours pas été en contact avec elle. FIG. 4 shows the assembly after the rollers 28 have come out of the lower phase 34P of the grooves, the rollers 48 have turned in the same angle as the rollers 28 but have remained in the same plane as in FIG. 3 (the grooves in 34P are in a plane perpendicular to the axis of the screw), however, they can not get out of the buttonhole, but have not yet been in contact with it.
Dans la figure 5, les galets 28 se déplacent dans la partie linéaire 34L des gorges qui sont alors parallèles à l'axe de la vis. Cette phase soulève la charge en assurant deux fonctions ; d'une part assurer le parallélisme de la face de la charge avec la face de contact correspondante du support, en effet, la position des galets 48 dépend de celle de l'actionneur donc du support et pas de celle de la charge, et d'autre part, dans cette course, des guides non représentés sur le dessin, assurent la bonne mise en place en XY (dans le plan horizontal). On notera que dans cette phase dont l'effort correspond au seul poids de la charge, la totalité de cet effort est reprise ici par l'ensemble des seules vis. In FIG. 5, the rollers 28 move in the linear part 34L of the grooves which are then parallel to the axis of the screw. This phase raises the load by providing two functions; on the one hand ensure the parallelism of the face of the load with the corresponding contact surface of the support, in fact, the position of the rollers 48 depends on that of the actuator and the support and not that of the load, and d on the other hand, in this race, guides not shown in the drawing, ensure the proper implementation in XY (in the horizontal plane). It will be noted that in this phase, the effort of which corresponds to the sole weight of the load, the totality of this effort is repeated here by all the only screws.
Dans la figure 6, les galets 28 passent d'abord par la phase 3411 des gorges, ici l'ensemble des actionneurs va créer une contrainte au travers de l'élasticité des différents composants afin d'obtenir un effort de stabilisation entre la charge et son support largement supérieur au seul poids de la charge, cet effort, crée par des valeurs variables du pas P2 de la douille 30, ne surcharge pas les vis et peut être généré par des valeurs de couples sur la vis 10 très faibles. Enfin, la grande rigidité de l'actionneur ne nécessite pour cette opération que de faibles amplitudes de déplacement. In FIG. 6, the rollers 28 first pass through the phase 3411 of the grooves, here all the actuators will create a stress through the elasticity of the various components in order to obtain a stabilization force between the load and its support much greater than the weight of the load, this effort, created by variable values of the pitch P2 of the sleeve 30, does not overload the screws and can be generated by torque values on the screw 10 very low. Finally, the high rigidity of the actuator requires only small amplitudes of displacement for this operation.
Dans la deuxième partie de ce mouvement, les galets 28 sont dans une phase 34P des gorges 34, donc dans une situation d'irréversibilité intrinsèque. In the second part of this movement, the rollers 28 are in a phase 34P of the grooves 34, therefore in a situation of intrinsic irreversibility.
Il paraît évident de prévoir une paire de galets en 48, toutefois, les déplacements contraints de ces galets par rapport à la pièce 50 s'effectuant dans un plan, il peut être avantageux, dans certains cas, de prévoir des systèmes frottants.5 It seems obvious to provide a pair of rollers at 48, however, the forced displacement of these rollers relative to the piece 50 being effected in a plane, it may be advantageous, in some cases, to provide friction systems.
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| WO2010109092A3 (en) | 2010-11-11 |
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