FR3115084A1 - Actionneur à câble à compacité améliorée - Google Patents

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Abstract

Actionneur à câble (1) comprenant : - un ensemble vis/écrou comprenant un écrou (4) coopérant avec une vis (2) ; - un moteur (3) - une première poulie (10) et une deuxième poulie (11) montées à rotation sur le châssis (20), la première poulie (10) étant reliée à une sortie (41) de l’actionneur (1) par un premier câble (6) attelé au deuxième élément mobile (2,4), le premier câble (6) étant continu et réalisant au moins un tour d’enroulement sur la première poulie (10). FIGURE DE L’ABREGE Fig. 1

Description

Actionneur à câble à compacité améliorée
DOMAINE DE L’INVENTION
L’invention concerne un vérin à câble comportant un ensemble vis/écrou dont un des éléments est mobile en translation et relié à l’aide de câbles à un élément à déplacer.
ARRIERE PLAN DE L’INVENTION
Il est connu des vérins à câbles comportant une vis montée sur un châssis et un écrou coopérant avec la vis. L’écrou est associé à des moyens d'anti-rotation de sorte qu’une rotation relative de la vis et de l'écrou provoque un déplacement linéaire de l’écrou. Un câble relie l’écrou à une poulie solidaire d’une sortie de l’actionneur et transmet l’effort appliqué par le moteur sur l’écrou à la sortie de l’actionneur. Classiquement, le câble est serti en sa première extrémité à l’écrou et en sa deuxième extrémité à la poulie afin d’assurer une transmission fidèle des efforts à la sortie de l’actionneur.
Cependant à échelle réduite la réalisation des sertissages sur la poulie constitue une zone de fragilité potentielle et pose des difficultés de réalisation du fait que la longueur sertie est plus importante par rapport au diamètre du câble et sa longueur apparaît donc plus encombrante par rapport au rayon de poulie. En outre le câble miniature perd rapidement sa résistance lorsque le rapport de courbure baisse en dessous de 4 (rapport du diamètre de courbure au diamètre du câble) ce qui conduit à rejeter les ancrages par nœud ou déviation trop brutale.
Si on utilise un câble ininterrompu, le sertissage doit être exécuté au milieu du câble mais son insertion dans un logement en forme d’onglet conduit à des courbures trop brutales. En outre la suppression du jeu dans son logement lors d’une inversion du sens de l’effort conduit à ajouter un système de blocage de la sertissure par précontrainte ce qui complique singulièrement le montage et est difficile à réaliser à petite échelle. Si le câble est interrompu, chaque extrémité doit être équipée d’un sertissage sur la poulie qui peut être soit tangentiel soit radial qui occasionne des usinages multiples et délicats à réaliser à petite échelle. Si le sertissage est tangentiel, il occupe un volume conséquent à l’extérieur de la poulie, ce qui empêche la réduction de diamètre de la poulie et ainsi la miniaturisation du vérin à câble. En outre il constitue un risque de perforation en cas d’utilisation d’une protection par soufflet par exemple. Dans les deux cas la surface réduite de l’empreinte est défavorable à cette échelle pour supporter la traction du câble.
Le sertissage radial requiert la réalisation d’un logement dans le corps de la poulie pour accueillir la sertissure. La surface d’appui dans l’empreinte du sertissage est plus favorable mais la courbure du câble est préjudiciable à la résistance du câble dès qu’elle tombe en deçà d’un facteur 4 environ. Si on augmente ce facteur la conséquence est de faire baisser le débattement en dessous de 90° ce qui peut prohibitif.
En outre, le volume occupé au centre de la poulie empêche l’utilisation d’un roulement de diamètre suffisant pour supporter les efforts conjugués de la précharge et de la vis à billes.
OBJET DE L’INVENTION
L’invention a pour objet d’améliorer la compacité d’un vérin à câble miniature.
Dans ce but, on prévoit, un actionneur à câble comprenant un châssis, un ensemble vis/écrou comprenant un écrou coopérant avec une vis. Un moteur agencé pour entrainer en rotation un premier élément de l’ensemble vis/écrou pour provoquer un déplacement linéaire d’un deuxième élément mobile de l’ensemble vis/écrou. L’actionneur comprend également une première poulie et une deuxième poulie montées à rotation sur le châssis, la première poulie étant reliée à une sortie de l’actionneur. Un premier câble est attelé au deuxième élément mobile et coopère avec la première poulie et la deuxième poulie. Selon l’invention, le premier câble est continu et réalise au moins un tour d’enroulement sur la première poulie.
On obtient ainsi un actionneur à câble dans lequel l’encombrement au niveau des poulies n’est plus limité par des problématiques de sertissage et dont le corps des poulies menantes (i.e. : liées à la sortie de l’actionneur) peut librement accueillir un roulement de taille importante voire de diamètre très voisin de celui de la poulie, autorisant l’application de charges plus importantes sur la première poulie que celles permises par les solutions de l’art antérieur ( à savoir la charge générée par la tension de précharge et celle résultant des efforts importants appliqués par la vis à billes à cette échelle).
Au sens de la présente demande, un câble est dit continu lorsque son ou ses torons ne sont pas interrompus ou brisés par un raccord ou un point d’arrêt de type sertissure ou soudure.
La compacité de l’actionneur est encore améliorée lorsque le premier câble réalise un tour et demi d’enroulement sur la première poulie.
On réduit les frottements entre les brins du premier câble lorsque la première poulie est une poulie à gorge hélicoïdale.
On améliore la linéarité de l’actionneur lorsqu’il comprend une troisième poulie et une quatrième poulie montées à rotation sur le châssis, la troisième poulie étant reliée à la sortie de l’actionneur, ainsi qu’un deuxième câble continu comprenant une troisième extrémité et une quatrième extrémité attelées au deuxième élément mobile, le deuxième câble réalisant au moins un tour d’enroulement sur la troisième poulie.
Un déversement horizontal et/ou vertical de l’écrou est compensé lorsque le deuxième élément mobile étant l’écrou, la première extrémité du premier câble et la troisième extrémité du deuxième câble sont attelées à l’écrou par un premier support intermédiaire relié à l’écrou par un troisième câble et un quatrième de câble. La compensation est encore plus efficace lorsqu’une deuxième extrémité du premier câble et une quatrième extrémité du deuxième câble sont attelées à l’écrou par un deuxième support intermédiaire relié à l’écrou par un cinquième câble et un sixième de câble.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation particulier non limitatif de l’invention.
Il sera fait références annexés, parmi lesquelles :
la figure 1 est une vue en perspective d’un actionneur à câble selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
la figure 2 est une vue en perspective d’un actionneur à câble selon un second mode de réalisation de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
En référence à la figure 1, le vérin de l’invention, généralement désigné 1, comprend un châssis 20 sur lequel est monté un palier 21 qui accueille une vis 2 à rotation autour d'un axe longitudinal Ox. La vis 2 est une vis à billes et est entraînée en rotation par un moteur électrique 3. Un écrou 4 coopère avec la vis 2 et comprend un anneau 5 en saillie radiale de l'écrou 4.
Le vérin 1 comprend une première poulie 10 montée à rotation autour d’un premier arbre 22 solidaire du châssis 20 à l’aide d’un premier roulement à bille 30 et une deuxième poulie 11 montée à rotation autour d’un deuxième arbre 23 relié au châssis 20 à l’aide d’un deuxième roulement à bille 31. La première poulie 10 est une poulie à gorge hélicoïdale dont la première gorge 10.1 s’étend dans un premier sens d’hélice H1. La deuxième poulie 11 possède une deuxième gorge 11.1 cylindrique.
De manière symétrique par rapport à un premier plan P1 comprenant l’axe longitudinal Ox, le vérin 1 comprend une troisième poulie 12 montée à rotation autour du premier arbre 22 à l’aide d’un troisième roulement à bille 32 et une quatrième poulie 13 à gorge droite montée à rotation autour du deuxième arbre 23 à l’aide d’un quatrième roulement à bille 33. La troisième poulie 12 est une poulie à gorge hélicoïdale dont la troisième gorge 12.1 s’étend dans un deuxième sens d’hélice H2 opposé au premier sens d’hélice H1. La quatrième poulie 13 possède une quatrième gorge 13.1 cylindrique.
Comme visible en figure 1, un premier câble 6 s'étend parallèlement à l’axe longitudinal Ox et comprend une première extrémité 6.1 qui est sertie sur l’anneau 5. Le premier câble 6 s’étend parallèlement à l’axe longitudinal Ox jusqu’à la première poulie 10 pour s’engager dans la première gorge 10.1 et réaliser un tour et demi d’enroulement sur la première poulie 10. Le premier câble 6 s’étend en sortie de première poulie 10 parallèlement à l’axe longitudinal Ox pour s’engager dans la deuxième gorge 11.1 de la deuxième poulie 11 et y réaliser un demi enroulement. Le premier câble 6 s’étend ensuite jusqu’à l’anneau 5 sur lequel la deuxième extrémité 6.2 du premier câble 6 est sertie.
De manière homologue, un deuxième câble 7 s'étend parallèlement à l’axe longitudinal Ox et comprend une troisième extrémité 7.1 qui est sertie sur l’anneau 5. Le deuxième câble 7 s’étend parallèlement à l’axe longitudinal Ox jusqu’à la troisième poulie 12 pour s’engager dans la troisième gorge 12.1 et réaliser un tour et demi d’enroulement sur la troisième poulie 12. Le deuxième câble 7 s’étend en sortie de troisième poulie 12 parallèlement à l’axe longitudinal Ox pour s’engager dans la quatrième gorge 13.1 de la quatrième poulie 13 et y réaliser un demi enroulement. Le deuxième câble 7 s’étend ensuite jusqu’à l’anneau 5 sur lequel la quatrième extrémité 7.2 du deuxième câble 7 est sertie.
La première poulie 10 et la troisième poulie 12 sont reliées par une bride 40 à un bras 41 qui constitue la sortie de l’actionneur 1. Le bras 41 correspond, ici, à une phalange d’une main mécanisée non représentée.
En fonctionnement, sous l'effet d’une commande envoyée au moteur 3, une rotation de la vis 2 provoque une rotation identique de l'écrou 4 en raison des frottements de contact entre la vis 2 et l'écrou 4. Ce déplacement met en tension le premier câble 6 et le deuxième câble 7 qui viennent alors exercer des efforts s’opposant à un entrainement en rotation de l’écrou 4 par la vis 2. Le premier brin de câble 6 et le deuxième brin de câble 7, réalisent alors - en sus de leurs fonctions de transmission des efforts de l’écrou 4 vers les poulies 10 à 13- une fonction d'anti-rotation de sorte qu’une rotation de la vis 2 sous l’action du moteur 3 provoque un déplacement linéaire de l’écrou 4 selon l’axe longitudinal Ox. La transmission des efforts exercés par la vis 2 sur le premier câble 6 et le deuxième câble 7 au bras 41 est réalisé par adhérence du premier câble 6 sur la première poulie 10 et adhérence du deuxième câble 7 sur la troisième poulie 12.
Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits porteront une référence numérique identique à celle-ci dans la description qui suit d’un deuxième, mode de réalisation de l’invention.
Selon un deuxième mode de réalisation de l’invention représenté en figure 2, la première extrémité 6.1 du premier câble 6 et la troisième extrémité 7.1 du deuxième câble 7 sont attelées à l’écrou 4 par un premier support intermédiaire 50 relié à l’écrou 4 par un troisième câble 8 et un quatrième câble 9. Le premier support intermédiaire 50 est ici, en forme d’anneau et comprend un premier perçage 51 dans lequel est sertie la première extrémité 6.1 du premier câble 6. Le premier support intermédiaire 50 comprend également un deuxième perçage 52 diamétralement opposé au premier perçage 51 et dans lequel est sertie la troisième extrémité 7.1 du deuxième câble 7.
Le premier support intermédiaire 50 comprend également un troisième perçage 53 dans lequel est sertie la cinquième extrémité 8.1 du troisième câble 8 et un sixième perçage 54 dans lequel est sertie la sixième extrémité 9.1 du quatrième câble 9. La septième extrémité 8.2 du troisième câble 8 est sertie dans un septième perçage 5.1 de l’anneau 5 et la huitième extrémité 9.2 du quatrième câble 9 est sertie dans un huitième perçage 5.2 de l’anneau 5. Comme visible en figure 2, la première droite qui relie la première extrémité 6.1 et la troisième extrémité 7.1 est orthogonale à la deuxième droite qui relie la cinquième extrémité 8.1 et la sixième extrémité 9.1.
De manière homologue, la deuxième extrémité 6.2 du premier câble 6 et la quatrième extrémité 7.2 du deuxième câble 7 sont attelées à l’écrou 4 par un deuxième support intermédiaire 60 relié à l’écrou 4 par un cinquième câble 70 et un sixième câble 71. Le deuxième support intermédiaire 60 est ici, en forme d’anneau et comprend un septième perçage 61 dans lequel est sertie la deuxième extrémité 6.2 du premier câble 6. Le deuxième support intermédiaire 60 comprend également un huitième perçage 62 diamétralement opposé au septième perçage 61 et dans lequel est sertie la troisième extrémité 7.1 du deuxième câble 7.
Le deuxième support intermédiaire 60 comprend également un neuvième perçage 63 dans lequel est sertie la septième extrémité 70.1 du cinquième câble 70 et un dixième perçage 64 dans lequel est sertie la dixième extrémité 71.1 du sixième câble 71.
La onzième extrémité 70.2 du cinquième câble 70 est sertie dans le septième perçage 5.1 et la huitième extrémité 71.2 du sixième câble 71 est sertie dans le huitième perçage 5.2. Comme visible en figure 2, la troisième droite reliant la deuxième extrémité 6.2 et la quatrième extrémité 7.2 est orthogonale à la quatrième droite reliant la septième extrémité 70.1 et la huitième extrémité 71.2.
Dans l’ensemble des modes de réalisation décrits, le premier câble 6 et le deuxième câble 7, le troisième câble 8, le quatrième câble 9, le cinquième câble 70 et le sixième câble 71 sont avantageusement préchargés.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications.
En particulier,
-bien qu’ici le vérin comprenne une vis à billes, l’invention s’applique également à d’autres types de vis comme par exemple une vis à filets simples, ou à rouleaux ;
-bien qu’ici le premier câble soit attelé à l’écrou par un sertissage réalisé dans un anneau solidaire de l’écrou, l’invention s’applique également à d’autres moyens d’atteler un câble à l’écrou comme par exemple un sertissage dans un perçage réalisé dans l’écrou, un collage ou un soudage ;
-bien qu’ici les câbles s’étendent parallèlement à l’axe longitudinal, l’invention s’applique également à d’autres configurations des câbles dans lesquelles aucun tronçon ou un seul tronçon de câbles s’étend parallèlement à l’axe longitudinal, le reste du câble pouvant adopter une orientation quelconque par rapport à l’axe longitudinal ;
-bien que les première et troisième poulies soient montées à rotation autour d’un même arbre, l’invention s’applique également à des première et troisième poulies montées sur des arbres indépendants ;
-bien qu’ici l’ensemble des câbles du vérin soient préchargés, l’invention s’applique également à un unique câble préchargé ou seulement une fraction des câbles préchargés ;
-bien qu’ici la première droite soit orthogonale à la deuxième droite et que la troisième droite soit orthogonale à la quatrième droite, l’invention s’applique également à d’autres orientation s relatives des première, deuxième troisième et quatrièmes droites comme par exemple une deuxième droite et une troisième droite qui forment un angle de quarante-cinq degrés ou de soixante degrés, ou d’autres valeurs comprises entre zéro degrés et inférieures à cent-quatre-vingt degrés ;
- bien qu’ici la première poulie et la troisième poulie soient des poulies à gorge hélicoïdale ayant des sens d’hélice opposées, l’invention s’applique également à des première et troisième poulies pourvues de gorge de types différents comme par exemple des gorges cylindriques ou dont les sens d’hélice sont identiques ;
- bien qu’ici la deuxième poulie et la quatrième poulie soient des poulies à gorge cylindrique, l’invention s’applique également à des deuxièmes et quatrièmes poulies pourvues de gorge de types différents comme par exemple des gorges hélicoïdales ;
- bien qu’ici la fonction d’anti-rotation de l’écrou soit assurée par les premier et deuxième câble, l’invention s’applique également à d’autres types de moyens d’anti-rotation comme par exemple des galets solidaires de l’écrou glissant dans des rainures ;
- bien qu’ici le moteur entraine en rotation la vis pour provoquer un déplacement de l’écrou, l’invention s’applique également à un autre type de premier élément de l’ensemble vis/écrou entraîné, à savoir l’écrou, pour provoquer un déplacement linéaire du deuxième élément mobile de l’ensemble vis/écrou, à savoir la vis ;
- bien qu’ici l’actionneur comprenne une première, une deuxième, une troisième et une quatrième poulie, l’invention s’applique également à un actionneur ne comportant qu’une première et une deuxième poulie. Selon une tel mode de réalisation, il pourra être avantageux de contrebalancer les efforts tangentiels appliqués sur l’écrou en préférant un écrou menant et une vis menée.

Claims (6)

  1. Actionneur à câble (1) comprenant :
    - un châssis (20) ;
    - un ensemble vis/écrou comprenant un écrou (4) coopérant avec une vis (2) ;
    - un moteur (3) agencé pour entrainer en rotation un premier élément (2,4) de l’ensemble vis (2)/écrou (4) pour provoquer un déplacement linéaire d’un deuxième élément mobile (2,4) de l’ensemble vis (2)/écrou (4) ;
    - une première poulie (10) et une deuxième poulie (11) montées à rotation sur le châssis (20), la première poulie (10) étant reliée à une sortie (41) de l’actionneur (1) ;
    - un premier câble (6) attelé au deuxième élément mobile (2,4) et qui coopère avec la première poulie (10) et la deuxième poulie (11),
    le premier câble (6) étant continu et réalisant au moins un tour d’enroulement sur la première poulie (10).
  2. Actionneur à câble (1) selon la revendication 1, dans lequel le premier câble (6) réalise un tour et demi d’enroulement sur la première poulie (10).
  3. Actionneur à câble (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première poulie (10) est une poulie à gorge hélicoïdale.
  4. Actionneur à câble (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant :
    - une troisième poulie (12) et une quatrième poulie (13) montées à rotation sur le châssis (20), la troisième poulie (12) étant reliée à la sortie (41) de l’actionneur (1);
    - un deuxième câble (7) continu attelé au deuxième élément mobile (2,4), le deuxième câble (7) réalisant au moins un tour d’enroulement sur la troisième poulie (12).
  5. Actionneur (1) selon la revendication 4, dans lequel le deuxième élément mobile (2,4) étant l’écrou (4), une première extrémité (6.1) du premier câble (6) et une troisième extrémité (7.1) du deuxième câble (7) sont attelées à l’écrou (4) par un premier support intermédiaire (50) relié à l’écrou (4) par un troisième câble (8) et un quatrième de câble (9).
  6. Actionneur à câble (1) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le deuxième élément mobile (2,4) étant l’écrou (4), une deuxième extrémité (6.2) du premier câble (6) et une quatrième extrémité (7.2) du deuxième câble (7) sont attelées à l’écrou (4) par un deuxième support intermédiaire (60) relié à l’écrou (4) par un cinquième câble (70) et un sixième de câble (71).
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