FR2947599A1

FR2947599A1 - Bistable coupling device for attaching rotating shafts of aircraft, has movable coupler reaching or exceeding unstable intermediate position at critical torque and withdrawn toward stable disengaged position by springs

Info

Publication number: FR2947599A1
Application number: FR0903272A
Authority: FR
Inventors: Pierre Yves Liegeois; Thomas Prado
Original assignee: Messier Bugatti SA
Current assignee: Safran Landing Systems SAS
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2011-01-07
Anticipated expiration: 2029-07-03
Also published as: FR2947599B1

Abstract

The device has fixed and movable couplers (3, 4) to selectively couple a rotating shaft (1) with another shaft. The movable coupler moves between stable engaged and disengaged positions. The couplers cooperate with each other along oblique surfaces to cause spacing during relative sliding of the couplers against a return force toward the engaged position in response to increase of transmitted torque to critical torque. The movable coupler reaches or exceeds an unstable intermediate position at the critical torque. The movable coupler is withdrawn toward the disengaged position by springs (6).

Description

L'invention est relative à un dispositif d'accouplement bistable à débrayage automatique en cas de dépassement de couple. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION On connaît des dispositifs d'accouplement bistables comportant deux éléments liés chacun en rotation à des arbres coaxiaux, par exemple des disques de friction. L'un au moins des éléments est axialement mobile entre une position d'embrayage dans laquelle les deux éléments coopèrent pour lier les deux arbres en rotation, et une position débrayée dans laquelle les deux éléments sont éloignés l'un de l'autre pour laisser les deux arbres indépendants en rotation. Ces deux positions sont des positions stables, et des moyens commandés sont agencés pour faire passer sélectivement l'élément mobile de l'une à l'autre des positions, en passant par une position intermédiaire instable. Certains embrayages comportent un organe ressort bistable agissant sur l'élément mobile pour rappeler celui-ci vers l'une ou l'autre des positions stables. Un tel agencement permet une limitation naturelle de couple lorsque les disques coopèrent, par glissement des disques l'un contre l'autre lorsque le couple transmis atteint ou dépasse un couple seuil. Cependant, les deux disques restent en prise, de sorte que les deux arbres sont toujours liés en rotation. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet de proposer un embrayage bistable à débrayage automatique en cas de dépassement de couple. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un dispositif d'accouplement bistable comportant deux éléments coupleurs pour sélectivement coupler en rotation deux arbres, l'un au moins des éléments coupleurs étant mobile entre une position d'embrayage stable dans laquelle les deux éléments coupleurs coopèrent pour lier les deux arbres en rotation, et une position débrayée stable dans laquelle les deux éléments coupleurs sont éloignés l'un de l'autre pour laisser les deux arbres indépendants en rotation, des moyens commandés étant agencés pour faire passer sélectivement l'élément mobile de l'une à l'autre des positions, en lui faisant franchir une position instable intermédiaire, et dans lequel, selon l'invention, les deux éléments coupleurs coopèrent entre eux selon des surfaces obliques adaptées à provoquer un écartement lors d'un glissement relatif des deux éléments coupleurs en réponse à une augmentation du couple transmis, jusqu'à un couple critique pour lequel l'élément coupleur mobile atteint ou dépasse la position intermédiaire instable. Ainsi, tant que le couple transmis est inférieur au couple seuil, l'embrayage permet une transmission du couple, même si les deux éléments s'écartent légèrement par l'effet d'un glissement. Cependant, si le couple atteint le couple seuil, le glissement des deux éléments provoque un écartement tel que l'élément mobile atteint la position intermédiaire instable. L'élément mobile se dirige alors vers la position débrayée stable, de sorte que le dépassement du couple a provoqué un débrayage automatique, sans aucune intervention extérieure. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit des figures des dessins annexés, parmi lesquelles : - La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un dispositif d'accouplement selon un premier mode particulier de réalisation de l'invention, le dispositif d'actionnement ayant été omis ; - Les figures 2a à 2c sont des schémas de principe du dispositif de la figure 1, montrant différentes étapes d'un débrayage automatique selon l'invention ; - Les figures 3A et 3B sont des vues en coupe schématique d'un dispositif d'accouplement selon un deuxième mode particulier de réalisation de l'invention, montrant le dispositif respectivement dans la position embrayée, et en position débrayée. DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES En référence à la figure 1, et conformément à un premier mode particulier de réalisation, le dispositif d'accouplement est destiné à lier en rotation deux éléments, par exemple ici deux arbres 1, 2. A cet effet le dispositif comporte deux coupleurs complémentaires dont un coupleur fixe 3 solidaire de l'arbre 1 et un coupleur mobile 4 pouvant se déplacer axialement le long de l'arbre 2, tout en étant lié en rotation à ce dernier, par exemple par une liaison à cannelures comme illustré. Les coupleurs 3, 4 sont généralement de révolution et comportent des faces en regard ayant des profils dentés complémentaires. Le coupleur mobile 4 est ici associé à un organe stabilisateur 5 comportant ici deux ressorts 6 attelés au coupleur mobile 4 en s'étendant de part et d'autre de celui-ci. Les ressorts 6 sont attelés à des points d'ancrage 7 (qui sont solidaires de l'arbre 2) qui définissent un plan P, et d'autre part au coupleur mobile 4 en des points d'attelage 8. Dans la position illustrée ici, les ressorts 6 exercent un effort de poussée qui stabilise le coupleur mobile 4 dans une position éloignée du coupleur fixe 3, dite position débrayée. On remarquera que les points d'attelage 8 des ressorts 6 sur le coupleur mobile 4 sont d'un côté du plan P. The invention relates to a bistable coupling device with automatic disengagement in case of exceeding torque. TECHNOLOGICAL BACKGROUND OF THE INVENTION Bistable coupling devices are known comprising two elements each connected in rotation to coaxial shafts, for example friction disks. At least one of the elements is axially movable between a clutch position in which the two elements cooperate to bind the two shafts in rotation, and a disengaged position in which the two elements are separated from each other to leave the two independent shafts in rotation. These two positions are stable positions, and controlled means are arranged to selectively pass the movable element from one to the other positions, passing through an unstable intermediate position. Some clutches comprise a bistable spring member acting on the movable member to return it to one or other of the stable positions. Such an arrangement allows a natural torque limitation when the discs cooperate, by sliding the discs against each other when the transmitted torque reaches or exceeds a threshold torque. However, the two disks remain in engagement, so that the two shafts are still linked in rotation. OBJECT OF THE INVENTION The object of the invention is to propose a bistable clutch with automatic disengagement in the event of exceeding torque. BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION With a view to achieving this object, a bistable coupling device is proposed comprising two coupling elements for selectively coupling in rotation two shafts, at least one of the coupling elements being movable between a position of stable clutch in which the two coupling elements cooperate to bind the two shafts in rotation, and a stable disengaged position in which the two coupling elements are spaced from each other to leave the two independent shafts in rotation, controlled means being arranged to selectively pass the movable element from one to the other of the positions, by passing it through an intermediate unstable position, and in which, according to the invention, the two coupling elements cooperate with each other according to adapted oblique surfaces. to cause separation during a relative sliding of the two coupling elements in response to an increase in torque transmitted to a critical torque for which the movable coupler element reaches or exceeds the unstable intermediate position. Thus, as long as the transmitted torque is lower than the threshold torque, the clutch allows a torque transmission, even if the two elements move slightly by the effect of a slip. However, if the torque reaches the threshold torque, the sliding of the two elements causes a separation such that the movable element reaches the unstable intermediate position. The moving element then moves towards the stable disengaged position, so that the exceeding of the torque has caused an automatic disengagement, without any external intervention. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES The invention will be better understood in the light of the following description of the figures of the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a diagrammatic sectional view of a coupling device according to a first particular embodiment of FIG. embodiment of the invention, the actuating device having been omitted; FIGS. 2a to 2c are schematic diagrams of the device of FIG. 1, showing different stages of an automatic disengagement according to the invention; - Figures 3A and 3B are schematic sectional views of a coupling device according to a second particular embodiment of the invention, showing the device respectively in the engaged position, and in the disengaged position. DETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES With reference to FIG. 1, and in accordance with a first particular embodiment, the coupling device is intended to couple two elements in rotation, for example here two shafts 1, 2. For this purpose the device comprises two complementary couplers including a fixed coupler 3 integral with the shaft 1 and a movable coupler 4 that can move axially along the shaft 2, while being connected in rotation to the latter, for example by a splined connection as illustrated . The couplers 3, 4 are generally of revolution and comprise facing faces having complementary tooth profiles. The mobile coupler 4 is here associated with a stabilizing member 5 comprising here two springs 6 coupled to the movable coupler 4 extending on either side thereof. The springs 6 are coupled to anchor points 7 (which are integral with the shaft 2) which define a plane P, and secondly to the movable coupler 4 at coupling points 8. In the position illustrated here , the springs 6 exert a thrust force which stabilizes the movable coupler 4 in a position remote from the fixed coupler 3, said disengaged position. It will be noted that the coupling points 8 of the springs 6 on the movable coupler 4 are on one side of the plane P.

Un moyen d'actionnement non représenté permet de faire passer à volonté le coupleur mobile 4 de la position débrayée illustrée à la figure 1 à la position embrayée illustrée à la figure 2A. Ce moyen d'actionnement peut être de type électromagnétique, mécanique, hydraulique... On remarquera sur la figure 2A que dans la position embrayée, les points d'attelage des ressorts 6 (un seul ressort est ici représenté) se situent de l'autre côté du plan P, de sorte que les ressorts 6 exerce un effort de poussée qui stabilise le coupleur mobile 4 dans la position embrayée. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Partant de la position embrayée illustrée à la figure 2A, l'arbre 1 moteur impose un couple. Celui-ci est transmis à l'arbre 2 par coopération des profiles dentés des coupleurs 3,4. Les coupleurs 3,4 coopèrent selon des surfaces obliques 13,14 définies par les côtés des dents. La pente de ces dents est choisie pour autoriser un glissement des surfaces lors d'une rotation relative des deux coupleurs lorsqu'ils sont en position embrayée. Le couple augmentant, les coupleurs 3,4 vont se mettre à glisser l'un contre l'autre des que le couple dépasse un premier seuil, appelé seuil de décollement. Ce glissement a pour effet d'éloigner les coupleurs à l'encontre de la poussée exercée par les ressorts 6. Sous l'effet de l'augmentation du couple, les coupleurs 3,4 s'éloignent jusqu'à la position illustrée à la figure 2B atteint pour un couple critique donné et dans laquelle les points d'attelage des ressorts 6 sur le coupleur mobile 4 arrivent dans le plan P. Cette position correspond à une compressions maximale de ressorts, et donc à un maximum d'énergie potentielle emmagasinée par les ressorts 6, de sorte que la position correspondante est une position d'équilibre instable. Si le couple continue à augmenter au delà du couple critique, les ressorts 6 vont repousser le coupleur mobile 4 vers la position débrayée et l'y stabiliser. Les arbres 1 et 2 sont alors découplés, ce de façon automatique. Pour accoupler de nouveau les deux arbres, il convient de commander l'organe d'actionnement pour faire revenir le coupleur mobile 4 en position embrayée. Selon maintenant un deuxième mode de réalisation illustré par les figures 3A et 3B sur lesquelles les éléments communs avec les figures précédents ont des références augmentées d'une centaine, le dispositif comporte toujours un coupleur fixe 103 et un coupleur mobile 104, reliés respectivement aux arbres 101 et 102. Comme auparavant, les coupleurs coopèrent, dans la position embrayée illustrée à la figure 3A, par des surfaces ondulées complémentaires présentant des parties obliques aptes à autoriser un glissement relatif des coupleurs lors d'une rotation relative de ceux-ci. Ici, le coupleur mobile 104 forme l'armature mobile d'un électroaimant 110 comportant une bobine 111, un noyau ferromagnétique 112 en deux parties 112a, 112b, entre lesquelles es inséré un aimant permanent 113. Un ressort 106 repousse le coupleur mobile 104 vers la position embrayée et stabilise le coupleur mobile dans cette position. A not shown actuating means makes it possible to move the movable coupler 4 from the disengaged position illustrated in FIG. 1 to the engaged position illustrated in FIG. 2A. This actuating means can be of the electromagnetic, mechanical, hydraulic type. It will be noted in FIG. 2A that in the engaged position, the coupling points of the springs 6 (only one spring is here represented) are located other side of the plane P, so that the springs 6 exerts a thrust force which stabilizes the movable coupler 4 in the engaged position. The device operates as follows. Starting from the engaged position illustrated in FIG. 2A, the motor shaft 1 imposes a torque. This is transmitted to the shaft 2 by cooperation of the toothed profiles of the couplers 3,4. The couplers 3,4 cooperate according to oblique surfaces 13, 14 defined by the sides of the teeth. The slope of these teeth is chosen to allow a sliding of the surfaces during a relative rotation of the two couplers when in the engaged position. The increasing torque, the couplers 3,4 will begin to slide against each other as the torque exceeds a first threshold, called breakaway threshold. This sliding has the effect of moving the couplers away from the thrust exerted by the springs 6. As a result of the increase in torque, the couplers 3,4 move away to the position illustrated in FIG. 2B reaches for a given critical torque and in which the coupling points of the springs 6 on the movable coupler 4 arrive in the plane P. This position corresponds to a maximum compression of springs, and therefore to a maximum of potential energy stored by the springs 6, so that the corresponding position is an unstable equilibrium position. If the torque continues to increase beyond the critical torque, the springs 6 will push the movable coupler 4 to the disengaged position and stabilize it therein. The shafts 1 and 2 are then decoupled automatically. To couple the two shafts again, it is necessary to control the actuating member to return the movable coupler 4 in the engaged position. According to now a second embodiment illustrated by FIGS. 3A and 3B on which the elements common with the preceding figures have references increased by a hundred, the device always comprises a fixed coupler 103 and a movable coupler 104, respectively connected to the shafts. 101 and 102. As before, the couplers cooperate, in the engaged position illustrated in Figure 3A, by complementary corrugated surfaces having oblique portions capable of allowing a relative sliding of the couplers during a relative rotation thereof. Here, the mobile coupler 104 forms the movable armature of an electromagnet 110 comprising a coil 111, a ferromagnetic core 112 in two parts 112a, 112b, between which is inserted a permanent magnet 113. A spring 106 pushes the mobile coupler 104 towards the engaged position and stabilizes the movable coupler in this position.

Comme auparavant, l'augmentation de couple transmis provoque un glissement des coupleurs mobiles 103,104 et donc un éloignement de ceux-ci. Pour un couple critique donné, le coupleur mobile 104 est si rapproché du noyau 112 que le flux de l'aimant permanent 113 bouclant dans le coupleur mobile 103 développe une force électromagnétique égale à la poussée qu'exerce le ressort 106. Cette position est une position d'équilibre instable, et si le couple continue à augmenter au-delà du couple critique, l'attraction électromagnétique va contraindre le coupleur mobile à venir se coller contre le noyau 112 à l'encontre du ressort 106, comme illustré à la figure 3B. Dans cette position, qui est une position stable, les coupleurs sont éloignés, de sorte que les arbres sont débrayés. Ici, l'organe stabilisateur est donc constitué du ressort 106 et de l'aimant permanent 113 qui définissent ensemble un maximum d'énergie potentielle correspondant à la position stable intermédiaire. Pour embrayer de nouveau, il suffit d'alimenter la bobine 114 de sorte que son flux magnétique contre le flux magnétique de l'aimant permanent 113, ce qui a pour effet d'affaiblir l'attraction électromagnétique exercée sur le coupleur mobile 104, jusqu'à ce que l'attraction devienne plus faible que la poussée exercée par le ressort 106. Le coupleur mobile est alors repoussé par le ressort 106 vers la position débrayée de la figure 3A. Pour débrayer de façon commandée, il suffit d'alimenter la bobine 114 de sorte que son flux magnétique s'ajoute au flux magnétique de l'aimant permanent 113 pour attirer le coupleur mobile 104 à l'encontre de la poussée du ressort 106. Un tel dispositif trouve une application intéressante dans la liaison entre des actionneurs électromécaniques d'orientation et la partie orientable d'un atterrisseur. En effet, il se peut que, lorsque l'aéronef est tracté au sol, le tracteur impose à la partie basse orientable des couples importants risquant de détériorer les actionneurs d'orientation. En interposant un dispositif selon l'invention entre chaque actionneur d'orientation et la partie basse orientable, les couples importants peuvent être filtrés au-delà d'un seuil défini par le couple critique du dispositif, qui protège les actionneurs en débrayant automatiquement. Il suffira dès lors d'embrayer de nouveau, une fois le déplacement tracté terminé, pour permettre aux actionneurs d'orientation d'agir de nouveau sur la partie basse orientable de l'atterrisseur. Ce dispositif peut également être utilisé comme un organe de freinage disposé entre une partie de l'atterrisseur solidaire en rotation de la tige coulissante de celui-ci, et une partie fixe de l'atterrisseur, par exemple le caisson, afin de maintenir la tige, et donc les roues, à un angle d'orientation nul. Ainsi, cet angle est tenu lors des phases de vol, sans aucun apport d'énergie. Le dispositif peut être forcé de façon automatique en commandant le pivotement de la tige coulissante à l'aide des actionneurs d'orientation et ne risque donc pas de s'opposer à l'orientation volontaire des roues. Il conviendra alors de ramener le dispositif dans la position embrayée quand l'aéronef aura décollé et les roues auront été ramenées et détectées en position d'orientation nulle. En outre, il est avantageux de prévoir des moyens de détection de l'état du dispositif, soit par détection de la position de l'élément mobile, soit par détection de la présence d'un champ magnétique dans l'élément mobile, ou tout autre moyen. Le dispositif remplace avantageusement les roues d'alignement habituellement disposées entre la tige coulissante et la caisson. As before, the increase in transmitted torque causes a sliding of the movable couplers 103, 104 and thus a distance from them. For a given critical torque, the mobile coupler 104 is so close to the core 112 that the flux of the permanent magnet 113 looping in the movable coupler 103 develops an electromagnetic force equal to the thrust exerted by the spring 106. This position is a unstable equilibrium position, and if the torque continues to increase beyond the critical torque, the electromagnetic attraction will force the movable coupler to stick against the core 112 against the spring 106, as shown in FIG. 3B. In this position, which is a stable position, the couplers are remote, so that the shafts are disengaged. Here, the stabilizing member is constituted by the spring 106 and the permanent magnet 113 which together define a maximum potential energy corresponding to the intermediate stable position. To engage again, it is sufficient to feed the coil 114 so that its magnetic flux against the magnetic flux of the permanent magnet 113, which has the effect of weakening the electromagnetic attraction exerted on the movable coupler 104, until the attraction becomes weaker than the thrust exerted by the spring 106. The movable coupler is then pushed by the spring 106 to the disengaged position of Figure 3A. To disengage in a controlled manner, it is sufficient to feed the coil 114 so that its magnetic flux is added to the magnetic flux of the permanent magnet 113 to attract the movable coupler 104 against the thrust of the spring 106. such device finds an interesting application in the connection between electromechanical actuators orientation and the steerable portion of a lander. Indeed, it is possible that, when the aircraft is towed on the ground, the tractor imposes on the pivoting low part large torques that could damage the steering actuators. By interposing a device according to the invention between each orientation actuator and the low orientable part, the large torques can be filtered beyond a threshold defined by the critical torque of the device, which protects the actuators by disengaging automatically. It will then be sufficient to engage again, once the towed movement is over, to allow the orientation actuators to act again on the swiveling lower part of the undercarriage. This device can also be used as a braking member disposed between a portion of the landing gear rotatably connected to the sliding rod thereof, and a fixed portion of the undercarriage, for example the box, in order to maintain the rod. , and therefore the wheels, at a zero orientation angle. Thus, this angle is held during the flight phases, without any input of energy. The device can be automatically forced by controlling the pivoting of the sliding rod with the aid of orientation actuators and therefore not likely to oppose the voluntary orientation of the wheels. It will then be necessary to return the device to the engaged position when the aircraft has taken off and the wheels will have been brought back and detected in the zero orientation position. In addition, it is advantageous to provide means for detecting the state of the device, either by detecting the position of the moving element, or by detecting the presence of a magnetic field in the mobile element, or any other way. The device advantageously replaces the alignment wheels usually arranged between the sliding rod and the box.

Claims

REVENDICATIONS1. Bistable coupling device comprising two coupling elements (3, 4; 103, 104) for selectively rotatingly coupling two shafts, at least one of the coupling elements (4; 104) being movable between a stable clutch position in which the two coupling elements cooperate to bind the two shafts in rotation, and a stable disengaged position in which the two elements are spaced from each other to leave the two independent shafts in rotation, by causing it to pass through an intermediate unstable position, characterized in that the two coupling elements cooperate with each other on oblique surfaces adapted to cause spacing during a relative sliding of the two elements against a restoring force towards the engaged position in response to an increase in the torque transmitted to a critical torque for which the movable coupler element reaches or exceeds the unstable intermediate position.

2. Device according to claim 1, wherein the movable coupling element is biased towards the clutch position or to the disengaging position by a stabilizing member (6; 106, 113) whose potential energy curve has a maximum local corresponding to the unstable intermediate position.

3. Device according to claim 2, wherein the stabilizing member comprises at least one coupled spring (6) to the movable coupling element so that for the unstable intermediate position, it has a maximum compression.

4. Device according to claim 2, wherein the stabilizing member comprises a resilient member (106) mounted to bias the movable coupling member to the clutch position, and an electromechanical member (113) mounted to attract the coupler member. mobile to the disengaged position.