FR3127034A1 - Systeme d’accouplement en rotation sans jeu entre deux arbres - Google Patents

Systeme d’accouplement en rotation sans jeu entre deux arbres Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un système d’accouplement (10) en rotation sans jeu entre deux arbres (12) menant et mené (14), l’arbre menant ayant une extrémité tubulaire (18) munie d’au moins une rainure longitudinale (22) interne recevant l’arbre mené (14) comportant à son extrémité une goupille transversale (24) cylindrique en saillie apte à pénétrer dans la rainure (22) et un ressort de rappel (28) de la goupille (24) sollicitant la goupille (24) sans jeu contre un bord longitudinal (26) de la rainure (22), comprenant un premier tronçon (42) de fixation hélicoïdal sur l’arbre mené (14) enfilé par vissage à travers la goupille (24), un deuxième tronçon (46) apte à prendre appui sur la goupille (24), et un troisième tronçon de rappel élastique (50), apte à solliciter élastiquement le deuxième tronçon (46). Figure pour l'abrégé : Figure 4.

Description

SYSTEME D’ACCOUPLEMENT EN ROTATION SANS JEU ENTRE DEUX ARBRES
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un système d’accouplement en rotation sans jeu entre deux arbres, notamment entre un arbre d’un organe d’un aéronef et un arbre mené d’un capteur de cet aéronef, tel qu’un capteur angulaire de rotation de l’organe.
Arrière-plan technique
Les aéronefs, qu’ils soient civils ou militaires, embarquent de nombreux capteurs de position angulaire aussi appelé résolveurs. Ces capteurs peuvent être dévolus à de nombreux usages dans différents systèmes, comme de mesurer la position angulaire ou la vitesse angulaire d’un volet aérodynamique, d’un organe de commande du poste de pilotage, ou de tout actionneur angulaire ou tout autre organe soumis à un mouvement angulaire comme une porte d’un système de décharge d’une turbomachine de l’aéronef, ou autre.
Les milieux à fortes contraintes dans lesquels évoluent ces aéronefs impliquent l’usage de résolveurs particulièrement fiables. On choisit pour cela fréquemment des capteurs de type RVDT, initiales acronymes de l'anglais Rotary Variable Differential Transformer, qui sont des capteurs électriques de type actif et inductif de déplacements de rotation, qui sont plus fiables et plus précis que les capteurs à roue codeuse.
Un tel capteur comporte un arbre dont la position angulaire peut être déterminée avec précision par rapport à un boitier du capteur.
Un problème se pose quant à l’accouplement de l’arbre du capteur avec celui de l’organe dont on désire connaître la position angulaire.
Pour un tel accouplement, il est souhaité d’avoir une liaison totalement rigide pour la rotation axiale pour la précision de la lecture angulaire, et une liberté de mouvement sans effort sur les cinq autres degrés de liberté en utilisant un accouplement par toc.
Cet accouplement consiste à pourvoir un arbre dit « menant » de l’organe dont on désire connaître la position angulaire, avec une extrémité tubulaire ayant une paroi intérieure munie d’au moins une rainure ou lumière longitudinale.
Dans cette extrémité tubulaire est reçu l’arbre du capteur, ou « arbre mené », de diamètre inférieur à l’extrémité tubulaire de l’arbre menant, qui comporte à son extrémité une goupille transversale cylindrique en saillie qui est apte à pénétrer dans la rainure et à coopérer avec un bord longitudinal de ladite rainure pour que l’arbre menant entraîne l’arbre mené.
Des moyens élastiques de rappel de la goupille sont agencés entre l’arbre menant et la goupille, et sont configurés pour solliciter la goupille sans jeu contre le bord longitudinal de la rainure.
Typiquement, ces moyens élastiques comportent un ressort comportant un premier brin fixé sur l’arbre menant, et un second brin, issu de ce premier brin, sollicitant la goupille. Le premier brin est par exemple un brin circulaire enroulé dans une gorge de l’arbre menant et le second brin est conformé en un chevron dont l’une des branches prolonge le premier brin et dont une seconde branche sollicite directement la goupille.
Ce type de ressort pose un problème relatif à la précision de l’effort fourni par le ressort car le premier brin assure à la fois une fonction de fixation sur l’arbre menant et une fonction de rappel élastique du second brin. De ce fait, la liaison entre les deux arbres réalise un accouplement quasi-rigide entre l’arbre menant et l’arbre mené, qui perturbe les informations reçues par l’arbre du capteur. En effet, un accouplement trop rigide peut être à même de transmettre à l’arbre mené du capteur, mais aussi à l’arbre menant, des sollicitations mécaniques auxquelles l’organe est soumis, et en particulier des sollicitations mécaniques non désirées telles que des efforts transverses, des couples orthogonaux au couple de mesure, ou des vibrations. Ces sollicitations mécaniques sont susceptibles de fausser la mesure du capteur ou de perturber le bon fonctionnement de l’organe menant. D’un autre côté, aucune désolidarisation des arbres menant et mené n’est acceptable.
Il existe donc un réel besoin pour un accouplement par toc dans lequel les moyens élastiques de rappel de la goupille sont suffisamment souples et présentent un mode de travail non complexe pour éviter de telles transmissions, ces moyens élastiques permettant en termes de reproductibilité et de stabilité une maîtrise du couple utile à la mesure comme du couple induit sur l’organe menant.
L'invention permet de parvenir à ce résultat en proposant un système d’accouplement en rotation sans jeu entre deux arbres, en particulier dans un aéronef, comprenant successivement :
- un arbre menant, dont une extrémité tubulaire ayant une paroi intérieure munie d’au moins une rainure longitudinale,
- un arbre mené, de diamètre inférieur à un diamètre interne de l’extrémité tubulaire de l’arbre menant, comportant à son extrémité une goupille transversale cylindrique en saillie apte à pénétrer dans la rainure et à coopérer avec un bord longitudinal de ladite rainure pour que l’arbre menant entraîne l’arbre mené,
- des moyens élastiques de rappel de la goupille, agencés entre l’arbre menant et la goupille, configurés pour solliciter la goupille sans jeu contre le bord longitudinal de la rainure,
caractérisé en ce qu’il comporte un ressort de rappel, comprenant :
  • un premier tronçon de fixation hélicoïdal, d’un diamètre correspondant à celui de l’arbre mené, dont des spires sont enroulées selon un premier sens, et configuré pour être enfilé par vissage autour de l’arbre mené à travers la goupille selon un ajustement de type glissant ou incertain autour dudit arbre mené,
  • un deuxième tronçon de changement du sens d’enroulement des spires, comportant une portion de fil apte à prendre appui sur la goupille, et
  • un troisième tronçon de rappel élastique, comportant au moins une partie hélicoïdale, prolongeant le deuxième tronçon, dont des spires sont enroulées selon un second sens opposé au premier sens, ladite partie hélicoïdale étant d’un diamètre d’enroulement supérieur au diamètre de l’arbre mené, ledit troisième tronçon comportant en outre des moyens d’appui dudit troisième tronçon dans l’extrémité tubulaire de l’arbre menant, et étant apte à solliciter élastiquement le deuxième tronçon pour former les moyens élastiques de rappel de la goupille.
Le ressort de rappel selon l’invention permet avantageusement de découpler la fonction de fixation sans jeu du ressort de celle de rappel élastique de la goupille en répartissant ces fonctions sur deux brins différents du ressort. Il en résulte un ressort de rappel plus souple apte à éviter la transmission d’efforts et de vibrations parasites à l’arbre mené du capteur.
Selon une autre caractéristique de l’invention, les spires du premier tronçon sont enroulées selon un pas proche d’un diamètre de la goupille et inférieur audit diamètre de la goupille, le pas étant de préférence inférieur au diamètre de la goupille d’au maximum 10% du diamètre de ladite goupille pour que l’écartement desdites spires du premier tronçon par la goupille, lors du vissage dudit premier tronçon autour de l’arbre mené au travers de ladite goupille, ne sollicite pas ledit premier tronçon ou ne le sollicite que dans son domaine de déformation élastique.
La géométrie de ce premier tronçon permet donc un montage imperdable, et sans jeu, du ressort sur l’arbre mené.
Selon d’autres caractéristiques de l’invention :
- le deuxième tronçon et des extrémités de jonction des premier et troisième tronçons avec le deuxième tronçon déterminent un cavalier en forme de U emprisonnant la goupille afin d’immobiliser le ressort en translation axiale par rapport à l’arbre mené et en rotation autour dudit axe mené,
- les moyens d’appui du troisième tronçon dans l’extrémité tubulaire de l’arbre menant comportent un brin terminal sensiblement rectiligne du troisième tronçon, prolongeant la partie hélicoïdale dudit troisième tronçon, qui est reçu dans une fente longitudinale de l’extrémité tubulaire de l’arbre menant,
- les spires de la partie hélicoïdale du troisième tronçon sont préférentiellement rapprochées sans être jointives, afin de ne pas générer de frottement entre lesdites spires sur la plage de travail du ressort.
- la partie hélicoïdale du troisième tronçon ne comporte avantageusement pas plus de 3 spires,
- le premier tronçon de fixation hélicoïdal a une longueur comprise entre le double et le triple d’un diamètre de l’arbre mené,
- la goupille transversale fait saillie de part et d’autre de l’arbre mené.
L’invention concerne aussi un aéronef comportant un système d’accouplement du type décrit précédemment, dont l’arbre menant est un arbre d’un organe dudit aéronef, et dont l’arbre mené est un arbre d’un capteur position angulaire de position ou de vitesse de l’arbre dudit organe.
L'invention concerne encore un procédé de montage d’un système d’accouplement du type décrit précédemment caractérisé en ce qu’il comporte :
- une première étape au cours de laquelle on visse le premier tronçon du ressort sur l’arbre mené en faisant passer la goupille entre les spires dudit premier tronçon,
- une deuxième étape au cours de laquelle, en poursuivant le vissage, le premier tronçon s’échappe de la goupille puis au cours de laquelle on emprisonne la goupille dans le cavalier en forme de U.
- une troisième étape au cours de laquelle on pousse l’arbre mené équipé du ressort vers l’extrémité tubulaire de l’arbre menant jusqu’à ce que la goupille soit placée dans la rainure longitudinale de l’arbre menant et que le brin rectiligne du ressort pénètre dans la fente de l’extrémité tubulaire de l’arbre menant, au moins une partie du premier tronçon du ressort étant hors de l’extrémité tubulaire de l’arbre menant, un axe de l’arbre mené ne coïncidant pas avec l’axe de l’arbre menant,
- une quatrième étape au cours de laquelle on réalise un mouvement de translation radiale entre l’arbre menant et l’arbre mené pour aligner l’arbre mené et l’arbre menant et mettre le troisième tronçon de rappel élastique du ressort sous tension,
- une cinquième étape au cours de laquelle on pousse axialement l’arbre mené dans l’extrémité de l’arbre menant en maintenant l’alignement des arbres menant et mené afin d’agencer axialement l’arbre mené selon une position définitive.
Dans le cadre plus particulier de l’accouplement de l’arbre menant d’un organe d’aéronef à un arbre mené d’un capteur de cet aéronef, l’invention concerne un procédé du type décrit précédemment, dans lequel les première et deuxième étapes forment une première phase d’équipement d’un capteur de déplacement comportant l’arbre mené, dans lequel les troisième à sixième étapes forment une deuxième phase d’accouplement de l’arbre mené du capteur avec l’arbre menant, et dans lequel le procédé comporte une sixième étape au cours de laquelle on fixe le capteur.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
La est une vue en perspective partiellement éclatée d’un système d’accouplement sans jeu selon l’état de la technique ;
La est une vue de détail en perspective éclatée de l’arbre menant et des moyens élastiques de rappel de la goupille du système de la ;
La est une vue en perspective d’un ressort selon pour un système d’accouplement sans jeu selon l’invention ;
La est une vue en perspective partiellement éclatée d’un système d’accouplement sans jeu selon l’invention ;
La est une vue en perspective du système d’accouplement sans jeu selon l’invention assemblé, au niveau de la coopération du ressort avec la goupille ;
La est une vue en perspective du système d’accouplement sans jeu selon l’invention assemblé, au niveau de l’appui du ressort avec l’arbre menant ;
La est une vue en perspective partiellement éclatée d’un capteur de déplacement angulaire pré-équipé d’un ressort selon l’invention ;
La est un diagramme-bloc illustrant les étapes de montage d’un système d’accouplement selon l’invention.

Claims (10)

  1. Système (10) d’accouplement en rotation sans jeu entre deux arbres (12, 14), en particulier dans un aéronef, comprenant :
    - un arbre menant (12), dont une extrémité tubulaire (18) ayant une paroi intérieure (20) munie d’au moins une rainure longitudinale (22),
    - un arbre mené (14), de diamètre inférieur (D2) à un diamètre interne (D1) de l’extrémité tubulaire (18) de l’arbre menant (12), comportant à son extrémité une goupille transversale (24) cylindrique en saillie apte à pénétrer dans la rainure (22) et à coopérer avec un bord longitudinal (26) de ladite rainure (22) pour que l’arbre menant (12) entraîne l’arbre mené (14),
    - des moyens élastiques (28) de rappel de la goupille (24), agencés entre l’arbre menant (12) et la goupille (24), configurés pour solliciter la goupille (24) sans jeu contre le bord longitudinal (26) de la rainure (22),
    caractérisé en ce qu’il comporte un ressort de rappel (28), comprenant successivement :
    • un premier tronçon (42) de fixation hélicoïdal, d’un diamètre correspondant à celui (D2) de l’arbre mené, dont des spires (44) sont enroulées selon un premier sens, et configuré pour être enfilé par vissage autour de l’arbre mené (14) à travers la goupille (24) selon un ajustement de type glissant ou incertain autour dudit arbre mené (14),
    • un deuxième tronçon (46) de changement du sens d’enroulement des spires, comportant une portion de fil (48) apte à prendre appui sur la goupille (24), et
    - un troisième tronçon de rappel élastique (50), comportant au moins une partie hélicoïdale (52), prolongeant le deuxième tronçon (46), dont des spires (54) sont enroulées selon un second sens opposé au premier sens, ledit troisième tronçon (50) comportant en outre des moyens d’appui (56) dudit troisième tronçon (50) dans l’extrémité tubulaire (18) de l’arbre menant (12), et étant apte à solliciter élastiquement le deuxième tronçon (46) pour former les moyens élastiques de rappel de la goupille (24).
  2. Système d’accouplement (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les spires (44) du premier tronçon (42) sont enroulées selon un pas (p) proche d’un diamètre (D3) de la goupille (24) et inférieur audit diamètre (D3) de la goupille (24), le pas (p) étant inférieur au diamètre (D3) de la goupille d’au maximum 10% du diamètre (D3) de ladite goupille (24) pour que l’écartement desdites spires (44) du premier tronçon (42) par la goupille (24), lors du vissage dudit premier tronçon (42) autour de l’arbre mené (14) au travers de ladite goupille (24), ne sollicite pas ledit premier tronçon (42) ou ne le sollicite que dans son domaine de déformation élastique.
  3. Système d’accouplement (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième tronçon (46) et des extrémités de jonction des premier et troisième tronçons (42, 50) avec le deuxième tronçon (46), déterminent un cavalier en forme de U emprisonnant la goupille (24), afin d’immobiliser le ressort (28) en translation axiale par rapport à l’arbre mené (14) et en rotation autour dudit axe mené (14).
  4. Système d’accouplement (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d’appui du troisième tronçon (50) dans l’extrémité tubulaire (18) de l’arbre menant (12) comportent un brin terminal (56) sensiblement rectiligne du troisième tronçon (50), prolongeant la partie hélicoïdale (52) dudit troisième tronçon (50), qui est reçu dans une fente longitudinale (58) de l’extrémité tubulaire (18) de l’arbre menant (12).
  5. Système d’accouplement (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les spires (54) de la partie hélicoïdale (52) du troisième tronçon (50) sont non jointives.
  6. Système d’accouplement (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie hélicoïdale (52) du troisième tronçon (50) ne comporte pas plus de 3 spires (54).
  7. Système d’accouplement (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier tronçon de fixation hélicoïdal (42) a une longueur comprise entre le double et le triple d’un diamètre (D2) de l’arbre mené (14).
  8. Aéronef comportant un système d’accouplement selon l’une des revendications précédentes dont l’arbre menant (12) est un arbre d’un organe de l’aéronef, et dont l’arbre mené (14) est un arbre d’un capteur angulaire (16) de position ou de vitesse de l’arbre (12) dudit organe.
  9. Procédé de montage d’un système d’accouplement selon les revendications 1 à 4 prises en combinaison, caractérisé en ce qu’il comporte :
    - une première étape (ET1) au cours de laquelle on visse le premier tronçon (42) du ressort (28) sur l’arbre mené (14) en faisant passer la goupille (24) entre les spires (44) dudit premier tronçon (42),
    - une deuxième (ET2) étape au cours de laquelle, en poursuivant le vissage, le premier tronçon (42) s’échappe de la goupille (24) puis au cours de laquelle on emprisonne la goupille (24) dans le cavalier en forme de U,
    - une troisième étape (ET3) au cours de laquelle on pousse l’arbre mené (14) équipé du ressort (28) vers l’extrémité (18) tubulaire de l’arbre menant (12) jusqu’à ce que la goupille (24) soit placée dans la rainure longitudinale (22) de l’arbre menant (12) et que le brin terminal (56) du ressort (28) pénètre dans la fente (58) de l’extrémité tubulaire (18) de l’arbre menant (12), au moins une partie du premier tronçon (42) du ressort (28) étant hors de l’extrémité (18) tubulaire de l’arbre menant (12), un axe de l’arbre mené (14) ne coïncidant pas avec l’axe de l’arbre menant (12),
    - une quatrième étape (ET4) au cours de laquelle on réalise un mouvement de translation radiale entre l’arbre menant (12) et l’arbre mené (14) pour aligner l’arbre mené (14) et l’arbre menant (12) et mettre le troisième tronçon de rappel élastique (50) du ressort (28) sous tension,
    - une cinquième étape (ET5) au cours de laquelle on pousse l’arbre mené (14) dans l’extrémité (18) de l’arbre menant (12) en maintenant l’alignement des arbres menant (12) et mené (14) afin d’agencer axialement l’arbre mené (14) selon une position définitive.
  10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la première et la deuxième étapes forment une première phase de pré-équipement d’un capteur (16) de déplacement comportant l’arbre mené (14), dans lequel les troisième à cinquième étapes forment une deuxième phase d’accouplement de l’arbre mené (14) dudit capteur (16) avec l’arbre menant (12), et dans lequel le procédé comporte une sixième étape (ET6) au cours de laquelle on fixe le capteur (16).
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