WO2019211349A1 - Procede et systeme de maintien a ressort d'un arbre en positionnement bistable - Google Patents

Procede et systeme de maintien a ressort d'un arbre en positionnement bistable Download PDF

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WO2019211349A1
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axis
rotary shaft
conical
shaft
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Emmanuel ROUZADE
Stephane QUEMENT
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Latecoere
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    • E05Y2900/502—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for vehicles for aircraft or spacecraft

Definitions

  • the invention relates to a method and a spring holding system of a rotary shaft of an equipment mechanism in bistable positioning, corresponding to two specific positions defining two states of the mechanism, in particular states of the invention. opening / closing or locking / unlocking.
  • the invention relates in particular but not exclusively to the field of aeronautics, and more particularly the aircraft doors which are equipped with numerous mechanisms for rotation of shafts between two positions of state: latch mechanism ("latch In English terminology) door opening / closing, latch locking / unlocking mechanism, door slide arming / disarming control mechanism, arm securing / release mechanism hinge of an "overwing” emergency door, etc.
  • latch mechanism latch In English terminology
  • latch locking / unlocking mechanism door slide arming / disarming control mechanism
  • arm securing / release mechanism hinge of an "overwing” emergency door etc.
  • the invention can generally be applied in any field (building, automobile, railway, marine, etc.) where an equipment has a shaft having two state positions.
  • FIG. 1 schematically illustrates by a side view the stable positions P1 and P2 of a connecting rod mechanism 1b mounted on an interface part 11 secured to a door structure S1. To move a shaft 4 from one stable position to another, the mechanism 1b passes through an unstable intermediate position PO (symbolized by a dotted line).
  • the rod "B” has a maximum compression.
  • the horn G1 and the shaft 4 respectively rotate about the axis X'X of the shaft 4 along the arrow F1 or F2.
  • the horn G1 thus provides a lever arm to the force of the rod “B” which then exerts a moment on the axis of rotation X'X of the shaft 4.
  • the ball joints R1 and R2 can guarantee the alignment of the thrust means "B” with the interface part 11 on the one hand and the horn G1 on the other hand.
  • the two stable positions P1, P2 and the unstable intermediate position PO of the spring link mechanism 1b mounted on the part 11 secured to the door structure S1 are also shown in the views of the diagrams 2a to 2c of FIG. 2.
  • position P1 (diagram 2a) and P2 (diagram 2c) the axis U ⁇ of the connecting rod mechanism 1b joining the ball joints R1 and R2 does not pass on the axis X'X of rotation of the shaft 4 of so as to be able to exercise a moment of thrust on the shaft 4 via the horn G1.
  • unstable equilibrium intermediate position PO (diagram 2b)
  • the axis U ⁇ passes through the axis of rotation X'X of the shaft 4 and, the lever arm having a zero offset, the torque is also zero .
  • the invention aims to eliminate the disadvantages of the state of the art by involving an unguided thrust mechanism.
  • the invention provides a bistable thrust source in the form of a deformable conical spring between two stable positions allowing a shaft connected to this source to pivot, in an unguided manner, between two predefined angular positions corresponding to two states. equipment using this tree.
  • the present invention relates to a spring-holding method of a rotary shaft in bistable positioning according to one and the other of two predetermined positions.
  • a bistable deformable push mechanism is transversely connected at ends to an interface piece and to the rotary shaft about an axis.
  • the method consists more precisely of:
  • an axially prestressed conical spring having, at its ends, a vertex and a centered planar base connected by a central axis joining the vertex to the center of the base, by rotating transversally, parallel to the rotary shaft, from the top to a lever attached to the shaft and coupling from the base to the interface piece to form the push mechanism;
  • the central axis of the spring is inclined tangentially on the reference plane by an angle of value opposite to that corresponding to the first stable position, the thrust exerted in the second stable position being then symmetrical with the thrust exerted in the first stable position, and the intermediate position corresponding to a symmetrical curvature passage of the spring.
  • the invention uses a spring deforming flexion-compression as energy storage and restitution means: the deformation energy is restored as a thrust acting on the lever to reach the second stable position.
  • the invention also relates to a spring holding system of a rotary shaft implementing the above method.
  • a spring holding system of a rotary shaft implementing the above method.
  • Such a system comprises a bistable thrust mechanism in two angular positions of the rotary shaft about a given axis and a fixed interface piece coupled on either side of the bistable mechanism.
  • the bistable mechanism comprises a lever attached to the rotary shaft, a conical spring having an apex, coupled to the lever in rotation parallel to the axis of the rotary shaft, and a planar base formed of a portion of spring attached to the interface piece and extending about a center in a plane perpendicular to a reference plane passing through the axis of the rotating shaft and the center of the spring base.
  • the conical spring has a central axis that can tilt in each of said stable positions relative to the reference plane, each stable position corresponding to a spring biased state of the spring.
  • the invention uses a minimum number of parts, which makes the system lighter and more reliable.
  • the invention does not use a piece which slides on each other: the risk of wear, fouling or jamming is therefore substantially reduced.
  • the invention can accept a small offset or parallelism defect between the ends of the conical spring in the intermediate position, which makes it possible to dispense with the ball joints and thus to obtain a substantial gain in mass.
  • the conical shape of the spring prevents buckling, which allows the removal of a guided thrust: the spring is self-stable.
  • the holding system according to the invention does not contain any fluid or gas that may age prematurely and thus generate maintenance problems during the life of the equipment, especially a door of aircraft.
  • the system according to the invention can be defined and manufactured in a standard manner, without creating a specification plan.
  • the stable positions of the conical spring are symmetrical with respect to the reference plane, the central axis being inclined symmetrically in these positions relative to the reference plane.
  • the top of the conical spring is a vertex zone at the center of an axis of rotation mounted, parallel to the axis of the rotary shaft, on extensions coming from the lever, and the base is inserted into a wall support cylindrical axis coincides with the central axis of the spring in the intermediate position between the stable positions in which the spring has axial symmetry;
  • the conical spring consists of a metal rod which extends in a three-dimensional spiral of variable pitch which increases between the top and the base.
  • FIG. 3 is a perspective view of an example of a holding system according to the invention comprising a conical spring as a pushing mechanism between a lever fixed on the rotary shaft and a wall integral with an interface piece. an airplane door;
  • FIG. 4 a front view of the three-dimensional spiral forming the conical spring according to the preceding figure, highlighting the evolutionary step of the spiral, and
  • FIG. 5 front views of the holding system of FIG. 3 according to two angular positions corresponding to the stable positions of the rotary shaft (views 5a and 5c), as well as according to the intermediate position of unstable equilibrium (view 5b). ) from one stable position to another
  • the qualifier "transverse” refers to a direction in a plane perpendicular to the axis of the conical spring at rest, without stress exerted at its ends.
  • an example of a holding system 100 comprises a conical spring mechanism 10, an interface part 2, secured in the example to the structure of aircraft door (not shown), and a rotary shaft 4 (seen in transparency) pivotable about its axis X'X between two status positions of equipment, a locking / unlocking mechanism in the example.
  • the spring mechanism 10 consists of a conical spring 1 of circular section, a lever 3 fixed at one end to the rotary shaft 4 and in the other to the interface piece 2, d ' a transverse tip 5 of axis A'A mounted on the lever 3, and a support 13 with a cylindrical wall 13c and a flat bottom 13f secured to the interface piece 2.
  • the conical spring 1 consists of a rod preformed metal member extending in a three-dimensional spiral along a central axis Z'Z in the rest or equilibrium position. This conical spring 1 is fixed by solidarity a vertex end zone 1 1 in a bore formed through and in the middle of the transverse end 5, this transverse end 5 being mounted in rotation parallel to the rotary shaft 4 X'X axis.
  • the transverse end 5 is arranged between two extensions 31 of the lever 3 extending perpendicularly to the rotary shaft 4. The transverse end 5 is then parallel and at a distance from the shaft 4 and its axis X'X.
  • the tip end zone 1 which extends parallel to the axis Z'Z conical spring 1, through the axis A'A in the middle. And the last turn 1 of the conical spring 1 forms a circular ring ring bent on itself and constitutes a flat base fixed on the bottom 13f and on the cylindrical wall 13c of the support 13 by any known means (bridges, glue, welding, clips, etc.).
  • the front view of the conical spring 1 illustrated in Figure 4 shows the central axis Z'Z around which the turns such as 11, 1 v wind to form a three-dimensional spiral 1 S.
  • the end zone of vertex 1 1 extends along this axis Z'Z which passes through the flat bottom 13f of the support 13 substantially at the center 1c (hereinafter base center) of the last circular turn 1 z.
  • the pitch "p" between two consecutive turns is scalable increasing from a value p1 on the side of the end zone 1 1 to a value p6 at the level of the turn preceding the last turn 1 z. This increase makes it possible to achieve a uniform distribution of the conical spring deformed 1 in compression under load (see Figure 5) along the central axis Z'Z and thus participates in the self-stability of the spring.
  • the example of the holding system 100 of FIG. 3 appears according to a first P1 (view 5a) and a second P2 (view 5c) stable positions, corresponding to positions state of the shaft 4 and stability of the lever 3, as well as the intermediate position of unstable equilibrium PO (view 5b) of passage from one stable position to another.
  • the conical spring 1 is prestressed axially in order to counterbalance the bending of the positions P1 and P2.
  • the lever 3 is pivoted on the axis X'X of the shaft 4 and maintained in equilibrium by the conical spring 1 in bending.
  • the central axis Z'Z of the conical spring 1 is curved at an angle at the apex + A formed between the tangent to the top Ts and a reference plane Ps passing through the base center 1c and the axis X'X of the shaft 4.
  • the axial preload then generates a thrust between the end zone of vertex 11 and the last turn 1z, respectively on the transverse end 5 and on the support 13. This prestress thus balances the maximum bending of the conical spring 1 in position P1 which tends to bring the spring mechanism 10 in the intermediate position PO.
  • the operator then rotates the shaft 4 with a handle (not shown) which applies a torque of greater intensity to the thrust induced by the conical spring 1 axially prestressed.
  • the system 100 thus reaches the unstable intermediate position PO illustrated by the view 5b.
  • the conical spring 1 is then in maximum compression, and the axis X'X of the rotary shaft 4, the transverse end 5 of the lever 3 and the central axis Z'Z of the conical spring 1 are aligned in the plane of reference Ps.
  • the reference plane Ps then constitutes an axis of symmetry for the system 100.
  • the system 100 does not remain in the unstable intermediate position PO compression of the spring 1 but relaxes by the dynamic pulse induced by the rotation of the shaft 4.
  • the system 100 then pivots to reach the stable position P2 from view 5c.
  • the conical spring 1 adopts symmetrical bending in the same prestressed state as in the first stable position P1 (view 4a), generating overall thrusts on either side of the central axis Z'Z on the transverse tip 5 and on the support 13.
  • the central axis Z'Z of the conical spring 1 is then inclined at an angle at the vertex -A between the tangent to the vertex Ts and the reference plane Ps, according to the same amplitude as in the initial position P1 (view 5a) but of opposite sign.
  • the system 100 thus makes it possible to move from the stable position P1 to the stable position P2 or, conversely, from the stable position P2 to the stable position P1, by rotating the opposite sign applied by the operator with a greater intensity than the moments induced by the conical spring 1 in these positions.
  • the crown or the end zone of the spring can be secured to the transverse end by any known means (welding, glue, fusion, etc.), and the flat base of the spring can be fixed directly to the interface piece by known means (bridges, clips, welding, glue, fusion, etc.).
  • the transverse tip may be attached to the lever or may be rotatably mounted in the extensions of the lever, so as to allow the spring to self-adapt to bending.
  • the three-dimensional spiral of the conical spring has in the intermediate position PO a conical envelope of selected section between circular, polygonal and oblong.
  • the conical envelope of the spring may have a bulge in an intermediate portion to optimize the conical shape depending on the desired distribution of thrusts at the ends of the spring.
  • the increase of the pitch of the turns may be constant, geometric or variable in order to control the contact effect of turns between them.

Landscapes

  • Springs (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

L'invention se rapporte à un procédé et un système de maintien à ressort d'un arbre rotatif (4), comportant un mécanisme de poussée bistable selon deux positions angulaires (P1, P2) de l'arbre rotatif (4) autour d'un axe donné (X'X), ce mécanisme étant relié en extrémités à une pièce d'interface (2) et à l'arbre rotatif (4). Dans ce système (100), le mécanisme bistable (10) comporte un ressort conique (1) présentant en extrémité un sommet (11) couplé à un levier (3) et une base plane (1z) formée d'une portion de ressort (1) s'étendant autour d'un centre (1c) dans un plan perpendiculaire à un plan de référence (Ps) passant par l'axe (X'X) de l'arbre rotatif (4) et le centre (1c) de la base (1z) du ressort (1). De plus, le ressort conique (1) présente un axe central (Z'Z) pouvant s'incliner dans chacune desdites positions stables (P1, P2) par rapport au plan de référence (Ps), 20 chaque position stable (P1, P2) correspondant à un état de flexion précontraint du ressort (1).

Description

PROCÉDÉ ET SYSTÈME DE MAINTIEN A RESSORT D’UN ARBRE
EN POSITIONNEMENT BISTABLE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
[0001] L’invention se rapporte à un procédé et un système de maintien à ressort d’un arbre rotatif d’un mécanisme d’équipement en positionnement bistable, correspondant à deux positions déterminées définissant deux états du mécanisme, en particulier des états d’ouverture / fermeture ou de verrouillage / déverrouillage.
[0002] L’invention concerne notamment mais pas exclusivement le domaine de l’aéronautique, et plus particulièrement les portes d’aéronefs qui sont équipées de nombreux mécanismes de rotation d’arbres entre deux positions d’état: mécanisme de loquet (« latch » en terminologie anglaise) d’ouverture / fermeture de porte, mécanisme de verrouillage / déverrouillage (« lock » en terminologie anglaise) du loquet, mécanisme de commande d’armement / désarmement du toboggan de la porte, mécanisme de sécurisation / libération du bras de charnière d’une porte de secours « sur l’aile » (« overwing » en terminologie anglaise), etc. Ces mécanismes permettent l’utilisation des portes d’avion dans les conditions normales et en cas d’urgence, tout en garantissant les requis de sécurité imposés par les normes de certification.
[0003] Mais l’invention peut s’appliquer de manière générale dans tout domaine (bâtiment, automobile, ferroviaire, maritime, etc.) où un équipement présente un arbre ayant deux positionnements d’état.
[0004] Ces mécanismes comportent un moyen de poussée guidé - une bielle à ressort ou à vérin - muni en ses extrémités de rotules d’articulation fixe et mobile, respectivement avec une pièce dite d’interface, liée à la structure ou constituant une partie fixe de la porte, et avec un levier - appelé « guignol » - solidarisé en rotation à l’arbre. [0005] La figure 1 illustre schématiquement par une vue latérale les positions stables P1 et P2 d’un mécanisme à bielle 1 b monté sur une pièce d’interface 11 solidarisée à une structure de porte S1. Pour faire passer un arbre 4 d’une position stable à l’autre, le mécanisme 1 b passe par une position intermédiaire instable PO (symbolisée par une ligne en traits pointillés). Dans cette position PO, l’axe longitudinal UΎ du mécanisme 1 b, qui joint le centre des rotules R1 en position relative fixe et R2 en articulation mobile (respectivement de liaison de la bielle « B » à la pièce d’interface 11 et au guignol G1 ), passe par l’axe X’X de rotation de l’arbre 4.
[0006] En cette position PO, la bielle « B » présente une compression maximale. Pour atteindre l’une ou l’autre des positions stables P1 ou P2, le guignol G1 et l’arbre 4 tournent respectivement autour de l’axe X’X de l’arbre 4 selon la flèche F1 ou F2. Le guignol G1 fournit ainsi un bras de levier à l’effort de la bielle « B » qui exerce alors un moment sur l’axe de rotation X’X de l’arbre 4. Et les rotules R1 et R2 permettent de garantir l’alignement du moyen de poussée « B » avec la pièce d’interface 11 d’une part et le guignol G1 d’autre part.
[0007] Les deux positions stables P1 , P2 et la position intermédiaire instable PO du mécanisme à bielle à ressort 1 b monté sur la pièce 11 solidarisée à la structure de porte S1 sont également représentées sur les vues des schémas 2a à 2c de la figure 2. En position P1 (schéma 2a) et P2 (schéma 2c), l’axe UΎ du mécanisme à bielle 1 b joignant les rotules R1 et R2 ne passe pas sur l’axe X’X de rotation de l’arbre 4 de sorte à pouvoir exercer un moment de poussée sur l’arbre 4 via le guignol G1. En position intermédiaire d’équilibre instable PO (schéma 2b), l’axe UΎ passe par l’axe de rotation X’X de l’arbre 4 et, le bras de levier ayant un déport nul, le moment de rotation est également nul.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
[0008] L’utilisation de tels mécanismes de poussée à vérin ou à ressort, permettant de stabiliser l’arbre selon deux positions angulaires définies correspondant à deux états d’un équipement, est reprise dans de nombreux documents de brevet, par exemple US 4 639 021 , US 5 577 781 ou US 2018001997. [0009] Cependant, l’utilisation de tels moyens de poussée présente de nombreux inconvénients: un guidage interne est nécessaire dans le mécanisme de poussée afin d’éviter tout flambage latéral dû aux compressions axiales, le mécanisme de poussée risque de s’encrasser ce qui augment les efforts de passage d’un état à l’autre de l’équipement, nécessité d’au moins une rotule pour garantir l’alignement et le guidage du mécanisme de poussée, masse élevée et complexité du mécanisme, ou encore usure des vérins (fuites, vieillissement, etc.) avec une perte fiabilité du mécanisme.
EXPOSÉ DE L’INVENTION
[0010] L’invention vise à supprimer les inconvénients de l’état de la technique en faisant intervenir un mécanisme de poussée non guidé. Pour ce faire, l’invention prévoit une source de poussée bistable sous forme d’un ressort conique déformable entre deux positions stables permettant à un arbre lié à cette source de pivoter, de manière non guidée, entre deux positions angulaires prédéfinies correspondant à deux états de l’équipement utilisant cet arbre.
[0011] A ce titre, la présente invention a pour objet un procédé de maintien à ressort d’un arbre rotatif en positionnement bistable selon l’une et l’autre de deux positions prédéterminées. Dans ce procédé, un mécanisme de poussée déformable bistable est relié transversalement en des extrémités à une pièce d’interface et à l’arbre rotatif autour d’un axe. Le procédé consiste plus précisément à:
- installer un ressort conique axialement précontraint, présentant en des extrémités un sommet et une base plane centrée reliés par un axe central joignant le sommet au centre de la base, par montage transversal en rotation, parallèlement à l’arbre rotatif, du sommet sur un levier fixé sur l’arbre et couplage de la base à la pièce d’interface pour constituer le mécanisme de poussée;
- positionner le levier selon une première position stable, dans laquelle le ressort conique précontraint génère une poussée contre la pièce d’interface et le levier qui contrebalance la flexion du ressort, l’axe central du ressort étant incliné tangentiellement au sommet d’un angle donné par rapport à un plan de référence passant par le centre de la base et l’axe de rotation de l’arbre; - appliquer un couple sur l’arbre d’intensité supérieure à la poussée contraire exercée par le ressort conique pour atteindre une position intermédiaire en compression maximale du ressort, dans laquelle l’axe central du ressort conique se trouve dans le plan de référence; et
laisser la rotation de l’arbre se poursuivre par entraînement sous l’impulsion de la poussée exercée par le ressort conique à partir de la position intermédiaire, jusqu’à atteindre une seconde position stable dans laquelle le ressort conique travaille en flexion qui génère une même poussée que celle exercée en première position stable.
[0012] De préférence, dans la seconde position stable, l’axe central du ressort est incliné tangentiellement sur le plan de référence d’un angle de valeur opposée à celle correspondant à la première position stable, la poussée exercée en la seconde position stable étant alors symétrique de la poussée exercée en la première position stable, et la position intermédiaire correspondant à un passage de courbure symétrique du ressort.
[0013] Ainsi, l’invention utilise un ressort se déformant en flexion- compression comme moyen de stockage et de restitution d’énergie: l’énergie de déformation est restituée sous forme de poussée agissant sur le levier pour atteindre la seconde position stable.
[0014] L’invention concerne également un système de maintien à ressort d’un arbre rotatif de mise en œuvre du procédé ci-dessus. Un tel système comporte un mécanisme de poussée bistable selon deux positions angulaires de l’arbre rotatif autour d’un axe donné et une pièce d’interface fixe couplés de part et d’autre du mécanisme bistable. Dans ce système, le mécanisme bistable comporte un levier fixé sur l’arbre rotatif, un ressort conique présentant un sommet, couplé au levier en rotation parallèlement à l’axe de l’arbre rotatif, et une base plane formée d’une portion de ressort fixée à la pièce d’interface et s’étendant autour d’un centre dans un plan perpendiculaire à un plan de référence passant par l’axe de l’arbre rotatif et le centre de la base du ressort. De plus, le ressort conique présente un axe central pouvant s’incliner dans chacune desdites positions stables par rapport au plan de référence, chaque position stable correspondant à un état de flexion précontraint du ressort. [0015] Avantageusement, l’invention utilise un nombre minimal de pièces, ce qui rend le système moins lourd et plus fiable. L’invention n’utilise pas de pièce qui coulisse les unes sur les autres: le risque d’usure, d’encrassement ou de coincement est donc sensiblement diminué. De plus l’invention peut accepter un faible désaxage ou défaut de parallélisme entre les extrémités du ressort conique en position intermédiaire, ce qui permet de s’affranchir des rotules et donc d’obtenir un gain sensible en masse.
[0016] En outre, la forme conique du ressort permet de prévenir son flambage, ce qui permet la suppression d’une poussée guidée : le ressort est auto-stable.
[0017]Ainsi, le système de maintien selon l’invention ne contient aucun fluide ou gaz qui risque de vieillir prématurément et donc de générer des problèmes de maintenance pendant la durée de vie de l’équipement, en particulier d’une porte d’aéronef. Avantageusement, le système selon l’invention peut être défini et fabriqué de manière standard, sans créer de plan de spécification.
[0018] De préférence, les positions stables du ressort conique sont symétriques par rapport au plan de référence, l’axe central étant incliné symétriquement dans ces positions par rapport au plan de référence.
[0019] Selon des modes de réalisation avantageux :
- le sommet du ressort conique est une zone de sommet solidarisée au milieu d’un axe de rotation monté, parallèlement à l’axe de l’arbre rotatif, sur des extensions venant du levier, et la base est insérée dans un support à paroi cylindrique d’axe confondu avec l’axe central du ressort en position intermédiaire entre les postions stables dans laquelle le ressort présente une symétrie axiale;
- le ressort conique est constitué d’une tige métallique qui s’étend selon une spirale tridimensionnelle de pas variable qui augmente entre le sommet et la base.
PRÉSENTATION DES FIGURES
[0020] D’autres données, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description non limitée qui suit, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : - les figures 1 et 2, des vues de différentes positions d’un mécanisme guidé à bielle selon l’état de la technique, articulé sur une interface de porte d’avion et un arbre rotatif via des rotules (déjà commentées);
- la figure 3, une vue en perspective d’un exemple de système de maintien selon l’invention comportant un ressort conique comme mécanisme de poussée entre un levier fixé sur l’arbre rotatif et une paroi solidaire d’une pièce d’interface d’une porte d’avion;
- la figure 4, une vue de face de la spirale tridimensionnelle formant le ressort conique selon la figure précédente, mettant en évidence le pas évolutif de la spirale, et
- la figure 5, des vues de face du système de maintien de la figure 3 selon deux positions angulaires correspondant aux positions stables de l’arbre rotatif (vues 5a et 5c), ainsi que selon la position intermédiaire d’équilibre instable (vue 5b) de passage d’une position stable à l’autre
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
[0021] Dans le présent texte, le qualificatif « transverse » se rapporte à une direction dans un plan perpendiculaire à l’axe du ressort conique au repos, sans contrainte exercée en ses extrémités.
[0022] En référence à la vue en perspective de la figure 3, un exemple de système de maintien 100 selon l’invention comporte un mécanisme à ressort conique 10, une pièce d’interface 2, solidarisée dans l’exemple à la structure de porte d’avion (non représentée), et un arbre rotatif 4 (vu en transparence) pouvant pivoter autour de son axe X’X entre deux positions d’état d’un équipement, un mécanisme de verrouillage / déverrouillage dans l’exemple.
[0023] Le mécanisme à ressort 10 se compose d’un ressort conique 1 de section circulaire, d’un levier 3 fixé en une extrémité sur l’arbre rotatif 4 et en l’autre à la pièce d’interface 2, d’un embout transverse 5 d’axe A’A monté sur le levier 3, et d’un support 13 à paroi cylindrique 13c et à fond plat 13f solidarisé à la pièce d’interface 2. Le ressort conique 1 est constitué d’une tige métallique préformée s’étendant en spirale tridimensionnelle le long d’un axe central Z’Z en position de repos ou d’équilibre. Ce ressort conique 1 est fixé par solidarisation d’une zone d’extrémité de sommet 1 1 dans un alésage formé à travers et au milieu de l’embout transverse 5, cet embout transverse 5 étant monté en rotation parallèlement à l’arbre rotatif 4 d’axe X’X. L’embout transverse 5 est agencé entre deux extensions 31 du levier 3 s’étendant perpendiculairement à l’arbre rotatif 4. L’embout transverse 5 se présente alors parallèle et à distance de l’arbre 4 et de son axe X’X.
[0024] La zone d’extrémité de sommet 1 1 , qui s’étend parallèlement à l’axe Z’Z du ressort conique 1 , traverse l’axe A’A en son milieu. Et la dernière spire 1 z du ressort conique 1 forme un anneau torique circulaire recourbé sur lui-même et constitue une base plane fixée sur le fond 13f et sur la paroi cylindrique 13c du support 13 par tout moyen connu (pontets, colle, soudure, clips, etc.).
[0025] La vue de face du ressort conique 1 illustrée en figure 4 montre l’axe central Z’Z autour duquel les spires telles que 11, 1 v s’enroulent pour former une spirale tridimensionnelle 1 S. La zone d’extrémité de sommet 1 1 s’étend le long de cet axe Z’Z qui traverse le fond plat 13f du support 13 sensiblement au centre 1 c (ci-après centre de base) de la dernière spire circulaire 1 z.
[0026] Le pas « p »entre deux spires consécutives, par exemple entre les spires 11 et 1 v, est évolutif en augmentant depuis une valeur p1 du côté de la zone d’extrémité 1 1 jusqu’à une valeur p6 au niveau de la spire précédant la dernière spire 1 z. Cette augmentation permet de réaliser une répartition uniforme de la déformée de ressort conique 1 en compression sous charge (cf. figure 5), le long de l’axe central Z’Z et participe ainsi à l’auto-stabilité du ressort.
[0027] En référence aux vues de face de la figure 5, l’exemple de système de maintien 100 de la figure 3 apparaît selon une première P1 (vue 5a) et une seconde P2 (vue 5c) positions stables, correspondant à des positions d’état de l’arbre 4 et de stabilité du levier 3, ainsi que selon la position intermédiaire d’équilibre instable PO (vue 5b) de passage d’une position stable à l’autre. Le ressort conique 1 est précontraint axialement afin de contrebalancer les flexions des positions P1 et P2.
[0028] Sur la vue 5a, le levier 3 est pivoté sur l’axe X’X de l’arbre 4 et maintenu en équilibre par le ressort conique 1 en flexion. L’axe central Z’Z du ressort conique 1 est courbé selon un angle au sommet +A formé entre la tangente au sommet Ts et un plan de référence Ps passant par le centre de base 1 c et l’axe X’X de l’arbre 4. La précontrainte axiale génère alors une poussée entre la zone d’extrémité de sommet 11 et la dernière spire 1z, respectivement sur l’embout transverse 5 et sur le support 13. Cette précontrainte contrebalance ainsi la flexion maximale du ressort conique 1 en position P1 qui tend à ramener le mécanisme à ressort 10 en position intermédiaire PO.
[0029] L’opérateur met alors en rotation l’arbre 4 à l’aide d’une poignée (non représentée) qui applique un couple d’intensité supérieure à la poussée induite par le ressort conique 1 axialement précontraint. Le système 100 atteint ainsi la position intermédiaire instable PO illustrée par la vue 5b. Le ressort conique 1 est alors en compression maximale, et l’axe X’X de l’arbre rotatif 4, l’embout transverse 5 du levier 3 et l’axe central Z’Z du ressort conique 1 sont alignés dans le plan de référence Ps. Le plan de référence Ps constitue alors un axe de symétrie pour le système 100.
[0030] Le système 100 ne reste pas dans la position intermédiaire instable PO de compression du ressort 1 mais se détend par la pulsion dynamique induite par la rotation de l’arbre 4. Le système 100 pivote alors jusqu’à atteindre la position stable P2 de la vue 5c. En position P2, le ressort conique 1 adopte une flexion symétrique selon un même état précontraint que dans la première position stable P1 (vue 4a), générant globalement des poussées de part et d’autre de l’axe central Z’Z sur l’embout transverse 5 et sur le support 13. L’axe central Z’Z du ressort conique 1 est alors incliné d’un angle au sommet -A entre la tangente au sommet Ts et le plan de référence Ps, selon une même amplitude que dans la position initiale P1 (vue 5a) mais de signe opposé.
[0031] Le système 100 permet ainsi de passer de la position stable P1 à la position stable P2 ou, inversement, de la position stable P2 à la position stable P1 , par des mises en rotation de signe opposé appliquées par l’opérateur avec une intensité supérieure aux moments induits par le ressort conique 1 en ces positions.
[0032] L’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Par exemple, le sommet ou la zone d’extrémité du ressort peut être solidarisé à l’embout transverse par tout moyen connu (soudure, colle, fusion, etc.), et la base plane du ressort peut être fixée directement sur la pièce d’interface par des moyens connus (pontets, clips, soudure, colle, fusion, etc.). L’embout transverse peut être fixé au levier ou peut être monté en rotation dans les extensions du levier, de sorte à permettre au ressort de s’auto-adapter à la flexion.
[0033] Par ailleurs, la spirale tridimensionnelle du ressort conique présente en position intermédiaire PO une enveloppe conique de section choisie entre circulaire, polygonale et oblongue.
[0034] En outre, l’enveloppe conique du ressort peut présenter un renflement dans une portion intermédiaire afin d’optimiser la forme conique en fonction de la répartition souhaitée des poussées aux extrémités du ressort.
[0035] De plus l’augmentation du pas des spires peut être de raison constante, géométrique ou variable afin de maîtriser l’effet de contact de spires entre elles.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de maintien à ressort d’un arbre rotatif (4) en positionnement bistable selon l’une et l’autre de deux positions prédéterminées, dans lequel un mécanisme de poussée déformable bistable est relié transversalement en des extrémités à une pièce d’interface (2) et à l’arbre rotatif (4) autour d’un d’axe (X’X), le procédé étant caractérisé en ce qu’il consiste à:
- installer un ressort conique axialement précontraint (1 ), présentant un sommet (1 1 ) et une base plane (1z) centrée (1 c) reliés par un axe central (Z’Z) joignant le sommet (1 1 ) au centre (1 c) de la base (1 z), par montage transversal en rotation, parallèlement à l’arbre rotatif (4), du sommet (1 1 ) sur un levier (3) fixé sur l’arbre (4) et couplage de la base (1 z) à la pièce d’interface (2) pour constituer le mécanisme de poussée (10);
- positionner le levier (3) selon une première position stable (P1 ), dans laquelle le ressort conique (1 ) précontraint génère une poussée contre la pièce d’interface (2) et le levier (3) qui contrebalance la flexion du ressort (1 ), l’axe central (Z’Z) du ressort (1 ) étant incliné tangentiellement au sommet (1 1 ) d’un angle (+A) donné par rapport à un plan de référence (Ps) passant par le centre (1 c) de la base (1 z) et l’axe de rotation (X’X) de l’arbre (4);
- appliquer un couple sur l’arbre (4) d’intensité supérieure à la poussée contraire exercée par le ressort conique (1 ) pour atteindre une position intermédiaire (PO) en compression maximale du ressort (1 ), dans laquelle l’axe central (Z’Z) du ressort conique (1 ) se trouve dans le plan de référence (Ps); et
- laisser la rotation de l’arbre (4) se poursuivre par entraînement sous l’impulsion de la poussée exercée par le ressort conique (1 ) à partir de la position intermédiaire (PO), jusqu’à atteindre une seconde position stable (P2) dans laquelle le ressort conique (1 ) travaille en flexion générant une même poussée que celle exercée en première position stable (P1 ).
2. Procédé de maintien selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, dans la seconde position stable (P2), l’axe central (Z’Z) du ressort (1 ) est incliné tangentiellement d’un angle (-A) sur le plan de référence (Ps) de valeur opposée à celle correspondant à la première position stable (P1 ), la poussée exercée en la seconde position stable (P2) étant alors symétrique de la poussée exercée en la première position stable (P1 ).
3. Système de maintien à ressort (100) d’un arbre rotatif (4) de mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, comportant un mécanisme de poussée bistable selon deux positions angulaires (P1 , P2) de l’arbre rotatif (4) autour d’un axe donné (X’X) et une pièce d’interface fixe (2) couplés de part et d’autre du mécanisme bistable, caractérisé en ce que le mécanisme bistable (10) comporte un levier (3) fixé sur l’arbre rotatif (4), un ressort conique (1 ) présentant un sommet (11 ), couplé au levier (3) en rotation parallèlement à l’axe (X’X) de l’arbre rotatif (4), et une base plane (1z) formée d’une portion de ressort (1 ) fixée à la pièce d’interface (2) et s’étendant autour d’un centre (1 c) dans un plan perpendiculaire à un plan de référence (Ps) passant par l’axe (X’X) de l’arbre rotatif (4) et le centre (1 c) de la base (1z) du ressort (1 ), et en ce que le ressort conique (1 ) présente un axe central (Z’Z) pouvant s’incliner dans chacune desdites positions stables (P1 , P2) par rapport au plan de référence (Ps), chaque position stable (P1 , P2) correspondant à un état de flexion précontraint du ressort (1 ).
4. Système de maintien selon la revendication précédente, dans lequel le sommet est une zone d’extrémité de sommet (11 ) du ressort conique (1 ) solidarisée au milieu d’un embout transverse (5) monté, parallèlement à l’axe (X’X) de l’arbre rotatif (4), sur des extensions (31 ) venant du levier (3).
5. Système de maintien selon la revendication précédente, dans lequel l’embout transverse (5) est monté en rotation dans les extensions (31 ) du levier (3).
6. Système de maintien selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel la base (1z) est insérée dans un support (13) à paroi cylindrique (13c) d’axe confondu avec l’axe central (Z’Z) du ressort (1 ) en position intermédiaire (PO) entre les postions stables (P1 , P2) dans laquelle le ressort (1 ) présente une symétrie axiale.
7. Système de maintien selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel le ressort conique (1 ) est constitué d’une tige métallique qui s’étend selon une spirale tridimensionnelle (1 S) de pas (p; p1 , p6) variable qui augmente entre le sommet et la base.
8. Système de maintien selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel la spirale tridimensionnelle (1 S) du ressort conique (1 ) présente en position intermédiaire (PO) une enveloppe conique de section choisie entre circulaire, polygonale et oblongue.
9. Système de maintien selon la revendication précédente, dans lequel l’enveloppe conique du ressort (1 ) présente un renflement dans une portion intermédiaire.
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