FR3083016A1 - MECHANICAL GAME COMPENSATION DEVICE FOR A SATCOM POSITIONER - Google Patents
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Abstract
Dispositif de compensation d'un jeu mécanique sur un positionneur d'antenne comprenant une couronne C1 et un engrenage C2, permettant la transmission du mouvement d'un moteur porté sur une plaque interface à l'antenne, ladite plaque interface étant reliée à un berceau caractérisé en ce que le dispositif de compensation est composé d'un tube (62) ayant un intérieur taraudé (63), un ressort (61) monté dans le tube, le ressort étant en appui sur un premier côté (61a) sur un piston (64) coulissant dans ledit tube et sur un deuxième côté (61b) sur une vis de précharge (65), le ressort étant préchargé afin d'assurer une pression sensiblement constante sur le berceau quelle que soit la position de l'engrenage sur la couronne.Device for compensating for mechanical play on an antenna positioner comprising a crown C1 and a gear C2, allowing the transmission of the movement of a motor carried on an interface plate to the antenna, said interface plate being connected to a cradle characterized in that the compensation device consists of a tube (62) having a threaded interior (63), a spring (61) mounted in the tube, the spring being supported on a first side (61a) on a piston (64) sliding in said tube and on a second side (61b) on a preloading screw (65), the spring being preloaded in order to ensure a substantially constant pressure on the cradle regardless of the position of the gear on the crowned.
Description
DISPOSITIF DE COMPENSATION D’UN JEU MECANIQUE POUR UN POSITIONNEUR SATCOMMECHANICAL GAME COMPENSATION DEVICE FOR A SATCOM POSITIONER
L’invention concerne un dispositif pour compenser un jeu mécanique sur un positionneur satcom. Elle se situe dans les domaines de communications en mouvement (« on the move ») mettant en oeuvre des antennes satcom nécessitant un pointage précis, quelques dixièmes de degrés. Elle est notamment utilisée pour le pointage des antennes satellites en boucle ouverte dont la précision mécanique impacte directement la précision de pointage.The invention relates to a device for compensating for mechanical play on a satcom positioner. It is located in the fields of moving communications (“on the move”) using satcom antennas requiring precise pointing, a few tenths of a degree. It is used in particular for pointing open loop satellite antennas whose mechanical precision directly impacts pointing accuracy.
La figure 1 représente un positionneur 1 qui supporte une antenneFigure 1 shows a positioner 1 which supports an antenna
2. Le positionneur est animé selon deux axes mécaniques orthogonaux, nommés azimut et élévation. Ces deux axes sont motorisés de manière indirecte via deux engrenages, l’un sur le moteur, l’autre sur l’axe à entraîner, selon des techniques connues de l’homme du métier.2. The positioner is animated along two orthogonal mechanical axes, called azimuth and elevation. These two axes are motorized indirectly via two gears, one on the motor, the other on the axis to be driven, according to techniques known to those skilled in the art.
La présence de jeux entre les dents des engrenages se traduit par un jeu entre le moteur et l’axe commandé. Ce jeu peut générer des erreurs de pointage de l’antenne.The presence of play between the teeth of the gears results in play between the motor and the driven shaft. This game can cause antenna pointing errors.
La figure 2 illustre le problème du jeu de battement pouvant exister entre les dents E1 de la couronne C1 et les dents E2 du pignon C2 de l’axe du moteur. Ce jeu de battement jb varie en fonction des déformations des matériaux résultant des différences dans les coefficients de dilatation des pièces supportant le pignon et la couronne dentée C1 coopérant avec ce dernier.FIG. 2 illustrates the problem of the backlash that may exist between the teeth E1 of the crown C1 and the teeth E2 of the pinion C2 of the axis of the motor. This beat clearance jb varies as a function of the deformations of the materials resulting from the differences in the expansion coefficients of the parts supporting the pinion and the toothed crown C1 cooperating with the latter.
Pour diminuer le jeu, voire le faire disparaître, il est possible d’utiliser un réglage fin de la distance des axes de rotation pour chaque engrenage. Ceci impose alors de garantir la rotondité des engrenages, sous peine de faire apparaître des points durs qui sont des zones de très forts frottements. De plus, les vibrations du porteur sur lequel l’antenne est montée ne doivent pas perturber et ni dégrader les pièces mécaniques.To decrease the play, or even make it disappear, it is possible to use a fine adjustment of the distance of the axes of rotation for each gear. This then requires guaranteeing the roundness of the gears, on pain of causing hard points which are areas of very high friction. In addition, the vibrations of the carrier on which the antenna is mounted must not disturb or degrade the mechanical parts.
Le jeu doit être garanti dans tout le spectre de fonctionnement de l’appareil, que ce soit en thermique [-55°, +85°] ou en vibratoire.The play must be guaranteed across the entire operating spectrum of the device, whether thermal [-55 °, + 85 °] or vibratory.
Pour tenir les environnements climatiques et les objectifs de temps moyen entre deux pannes ou MTBF (abréviation anglo-saxonne de mean time between failures) le choix des matériaux amène à devoir concilier des matières dont la dilatation thermique différentielle se traduit par une variation du jeu de l’engrenage en fonction de la température.To meet the climatic environments and the objectives of average time between two breakdowns or MTBF (English abbreviation of mean time between failures) the choice of materials leads to having to reconcile materials whose differential thermal expansion results in a variation of the play of the gear as a function of temperature.
Pour résoudre ce problème, il est connu de l’art antérieur d’utiliser des courroies ou de corriger le jeu en utilisant des pignons à rattrapage de jeu. Des ressorts sont placés dans des gorges entre deux roues de mêmes dimensions, et solidarisés axialement par un circlips. Au montage, il faut décaler les deux roues de quelques degrés pour comprimer les ressorts afin de pouvoir rattraper le jeu.To solve this problem, it is known in the prior art to use belts or to correct the play by using backlash sprockets. Springs are placed in grooves between two wheels of the same dimensions, and secured axially by a circlip. During assembly, the two wheels must be offset by a few degrees to compress the springs so that you can catch up on the play.
Les entraînements avec pignons à rattrapage de jeu présentent les inconvénients suivants :Backlash pinion drives have the following disadvantages:
• Une absence de correction de la rotondité, • La taille des ressorts des pignons à rattrapage de jeu étant limitée par construction, leur force est faible ce qui peut engendrer des imprécisions en vibration, • La faible tension des ressorts et donc le rattrapage du jeu peut être annulé par des frottements importants à très faible température.• A lack of roundness correction, • The size of the springs of the backlash pinions being limited by construction, their force is low which can cause inaccuracies in vibration, • The low tension of the springs and therefore the backlash can be canceled by significant friction at very low temperature.
Les entraînements par courroie présentent les inconvénients suivants :Belt drives have the following disadvantages:
• Un faible MTBF et un besoin de remplacement régulier de la courroie, • Un encombrement plus important.• A low MTBF and a need for regular replacement of the belt, • A larger footprint.
En résumé, avec les systèmes selon l’art antérieur, soit l’encombrement de la motorisation de l’axe est important, soit le jeu mécanique entre l’axe entraîné et l’axe moteur est supérieur au besoin.In summary, with the systems according to the prior art, either the size of the axis motorization is large, or the mechanical play between the driven axis and the motor axis is greater than necessary.
Le dispositif selon l’invention repose sur une nouvelle approche qui consiste à plaquer l’ensemble constitué du moteur et de l’engrenage sur la couronne de l’axe entraîné au moyen d’un ensemble de compensation de jeu mécanique à ressort positionné dans un tube et limité par un piston et une vis de précharge.The device according to the invention is based on a new approach which consists in pressing the assembly consisting of the motor and the gear on the crown of the driven axle by means of a mechanical spring clearance compensation set positioned in a tube and limited by a piston and a preloading screw.
L’invention concerne un dispositif de compensation d’un jeu mécanique sur un positionneur d’antenne comprenant une couronne C1 et un engrenage C2, permettant la transmission du mouvement d’un moteur porté sur une plaque interface à l’antenne, ladite plaque interface étant reliée à un berceau caractérisé en ce que le dispositif de compensation est composé d’un tube ayant un intérieur taraudé, un ressort monté dans le tube, le ressort étant en appui sur un premier côté sur un piston coulissant dans ledit tube et sur un deuxième côté sur une vis de précharge, le ressort étant préchargé afin d’assurer une pression sensiblement constante sur le berceau quelle que soit la position de l’engrenage sur la couronne.The invention relates to a device for compensating for mechanical play on an antenna positioner comprising a crown C1 and a gear C2, allowing the transmission of the movement of a motor carried on an interface plate to the antenna, said interface plate being connected to a cradle characterized in that the compensation device is composed of a tube having a threaded interior, a spring mounted in the tube, the spring being supported on a first side on a piston sliding in said tube and on a second side on a preloading screw, the spring being preloaded in order to ensure a substantially constant pressure on the cradle regardless of the position of the gear on the crown.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d’exemples de réalisation donnés à titre illustratif et nullement limitatif, annexée des figures qui représentent :Other characteristics and advantages of the present invention will appear better on reading the description of exemplary embodiments given by way of illustration and in no way limiting, appended to the figures which represent:
• Figure 1, un système positionneur d’antenne, • Figure 2, une illustration d’un jeu existant au niveau d’un engrenage, • Figures 3, 4 et 5, une représentation du montage moteur, axe, plateau, engrenage, • Figure 6, une illustration d’un ensemble tube, ressort selon l’invention, et • Figure 7, une vue de dessus du montage de la plaque interface et de l’ensemble tube.• Figure 1, an antenna positioner system, • Figure 2, an illustration of a play existing at the level of a gear, • Figures 3, 4 and 5, a representation of the engine assembly, axis, plate, gear, • Figure 6, an illustration of a tube assembly, spring according to the invention, and • Figure 7, a top view of the mounting of the interface plate and the tube assembly.
L’invention consiste à diminuer l’espace entre les dents de la couronne de l’axe entraîné et les dents de l’engrenage moteur, la réduction de cette espace réduit naturellement le jeu mécanique entre les axes.The invention consists in decreasing the space between the teeth of the crown of the driven axle and the teeth of the drive gear, the reduction of this space naturally reduces the mechanical play between the axes.
Le système représenté à la figure 1 est constitué d’un positionneur 1 orientant une antenne 2. Le positionneur place l’antenne dans l’axe du satellite. La position des deux axes mécaniques est obtenue par calcul à partir des positions respectives dans le repère terrestre du satellite pointé et du positionneur selon des étapes connues de l’homme du métier et qui ne seront pas détaillées, car elles ne sont pas l’objet de l’invention.The system shown in Figure 1 consists of a positioner 1 orienting an antenna 2. The positioner places the antenna in the axis of the satellite. The position of the two mechanical axes is obtained by calculation from the respective positions in the terrestrial coordinate system of the pointed satellite and of the positioner according to steps known to those skilled in the art and which will not be detailed, since they are not the object of the invention.
Chacun des axes mécaniques pourra être équipé du dispositif de compensation d’un jeu mécanique selon l’invention qui va être décrit ciaprès. Le dispositif de compensation permet notamment d’assurer le contact des deux engrenages, quel que soit l’environnement vibratoire ou thermique du porteur sur lequel est positionnée l’antenne, en évitant le frottement.Each of the mechanical axes may be equipped with the device for compensating for a mechanical clearance according to the invention which will be described below. The compensation device makes it possible in particular to ensure contact between the two gears, regardless of the vibratory or thermal environment of the carrier on which the antenna is positioned, while avoiding friction.
Sur la figure 3, l’ensemble moteur 20 est porté sur une plaque d’interface 21 qui coulisse avec un bâti de l’axe entraîné 41 (figure 4) de sorte à avoir une liaison de type « glissière ». Cette plaque interface 21 est contrainte par deux ensembles de compensation de jeu mécanique 60 selon l’invention de façon à plaquer l’ensemble constitué du moteur et de l’engrenage C2 sur la couronne C1 de l’axe entraîné 41.In FIG. 3, the motor assembly 20 is carried on an interface plate 21 which slides with a frame of the driven axis 41 (FIG. 4) so as to have a “slide” type connection. This interface plate 21 is constrained by two mechanical clearance compensation assemblies 60 according to the invention so as to press the assembly made up of the motor and the gear C2 onto the crown C1 of the driven axle 41.
Le moteur 20 est porté par l’axe entraîné 41 mais en liaison glissière avec celui-ci. La plaque d’interface 21 qui supporte le moteur est reliée à un berceau 43 par quatre glissières maintenues par des vis à contre écrous qui seront décrits à la figure 7 et l’alignement est garanti par deux pions qui peuvent coulisser le long de leur glissière respective (figure 7).The motor 20 is carried by the driven axis 41 but in sliding connection with the latter. The interface plate 21 which supports the motor is connected to a cradle 43 by four slides held by screws with locknuts which will be described in FIG. 7 and the alignment is guaranteed by two pins which can slide along their slide respective (Figure 7).
Le principe de berceau coulissant peut être amélioré par des traitements de surface spécifiques pour réduire les frottements.The sliding cradle principle can be improved by specific surface treatments to reduce friction.
La figure 5 est une vue de dessus du montage représenté à la figure 4. Sur cette figure, on peut voir un espace de déplacement 51 qui donne une certaine liberté de mouvement aux différentes pièces, l’ensemble réducteur de frottement 60 détaillé à la figure 6 permettant le contact permanent entre les dents des deux engrenages tout en minimisant, voire en éliminant les frottements.Figure 5 is a top view of the assembly shown in Figure 4. In this figure, we can see a movement space 51 which gives a certain freedom of movement to the different parts, the friction reducing assembly 60 detailed in Figure 6 allowing permanent contact between the teeth of the two gears while minimizing or even eliminating friction.
La figure 6 détaille le dispositif de compensation 60 de jeu mécanique selon l’invention. Pour des raisons de simplification, on a représenté un seul dispositif. Une précharge suffisante de chacun des deux ressorts permet d’assurer un contact permanent des dents de l’engrenage C2 avec celles de la couronne C1. Les ressorts sont préchargés de façon à appliquer une pression constante sur le berceau quelle que soit la position de l’engrenage sur la couronne.FIG. 6 details the mechanical play compensation device 60 according to the invention. For reasons of simplification, a single device has been shown. Sufficient preload of each of the two springs ensures permanent contact of the teeth of the gear C2 with those of the crown C1. The springs are preloaded so as to apply constant pressure to the cradle regardless of the position of the gear on the crown.
Les deux ressorts 61 sont montés dans des tubes 62 dont l’intérieur 63 est taraudé. Chaque ressort 61 est en appui, sur l’un des côtés 61a, sur un piston 64 coulissant dans le tube lui-même en contact avec la plaque interface 21 et de l’autre côté 61b sur une vis de précharge 65.The two springs 61 are mounted in tubes 62, the interior 63 of which is tapped. Each spring 61 is supported on one side 61a on a piston 64 sliding in the tube itself in contact with the interface plate 21 and on the other side 61b on a preloading screw 65.
La position de la vis de précharge et la position du tube par rapport à la plaque interface fournissent la longueur du ressort et donc sa compression en N (newton).The position of the preload screw and the position of the tube relative to the interface plate provide the length of the spring and therefore its compression in N (newton).
Les ensemble de compensation sont en général au nombre de deux pour assurer une pression colinéaire à la droite passant par les deux centres des engrenages C1, C2.The compensation assemblies are generally two in number to ensure collinear pressure to the right passing through the two centers of the gears C1, C2.
La figure 7 illustre le montage de la plaque interface 21 sur le berceau 43. La plaque interface comprend une ouverture 70 permettant le passage de l’axe moteur. Quatre glissières 71, 72, 73 et 74 et deux pions 75, 76 permettent le positionnement de la plaque interface 21 par rapport au berceau et son alignementFIG. 7 illustrates the mounting of the interface plate 21 on the cradle 43. The interface plate comprises an opening 70 allowing the passage of the motor axis. Four slides 71, 72, 73 and 74 and two pins 75, 76 allow the positioning of the interface plate 21 relative to the cradle and its alignment
Le dispositif selon l’invention présente les avantages suivants :The device according to the invention has the following advantages:
• La transmission est faite par engrenage ce qui augmente le MTBF par rapport à la solution courroie et diminue l’encombrement par rapport aux autres solutions connues de l’art antérieur, • La pression d’un engrenage sur l’autre réduit l’espace entre les dents de l’engrenage et donc réduit le jeu mécanique, • Les ressorts de contraintes garantissent que les défauts de rotondités seront compensés, • La précharge constante des ressorts permet d’assurer un contact quels que soient les environnements thermiques et vibratoires.• The transmission is made by gear which increases the MTBF compared to the belt solution and reduces the size compared to the other solutions known from the prior art, • The pressure of one gear on the other reduces the space between the teeth of the gear and thus reduces the mechanical play, • The stress springs guarantee that the rotational defects will be compensated, • The constant preload of the springs makes it possible to ensure contact whatever the thermal and vibratory environments.
La solution proposée permet de conserver un entraînement par engrenage tout en garantissant un faible jeu mécanique quelle que soit la plage de température (compensation des dilatations différentielles) par pression sur l’ensemble moteur. Le réglage des précharges est fait en usine et ne nécessite pas de mise au point différentié sur chaque positionneur.The proposed solution makes it possible to maintain a gear drive while guaranteeing a low mechanical clearance whatever the temperature range (compensation for differential expansion) by pressure on the engine assembly. The preloads are adjusted at the factory and do not require differentiated focusing on each positioner.
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- 2018-06-22 FR FR1800656A patent/FR3083016B1/en active Active
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