FR3068751B1 - Mecanisme de transmission a rapport de translation variable - Google Patents

Abstract

Mécanisme de transmission à rapport de translation variable (1) comprenant : - au moins un premier objet (2) à symétrie de révolution présentant un centre (6) et une zone périphérique extérieure (P) destinée à venir au contact d'une surface de roulement d'un deuxième obj et (9), - des moyens de roulement (4) pour faire évoluer le premier objet (2) relativement au deuxième objet (9) de manière qu'un point situé dans ladite zone périphérique extérieure (P) vienne au contact avec ladite surface de roulement et se déroule sur celle-ci , et - des moyens de pivotement pour faire pivoter le premier objet (2) en prenant appui sur ledit point en contact de la surface de roulement, de manière à faire dériver le centre du premier objet relativement au deuxième objet (9) selon une direction choisie.

Description

MÉCANISME DE TRANSMISSION À RAPPORT DE TRANSLATION VARIABLE

Domaine technique L'invention se rapporte aux mécanismes de transmission fonctionnant à très faibles vitesses. De tels mécanismes de transmission sont utilisés dans des domaines tels que les dispositifs de pointage, en astronomie, en manutention de précision, en microscopie, ...etc.

Le travail menant à cette invention a été financé par le septième programme-cadre (the Seventh Framework Programme) de 1'Union européenne (FP7/2007-2013) dans le cadre de la convention de subvention n° 248587. État de la technique

Les mécanismes de transmission actuellement utilisés pour les applications ci-dessus présentent un inconvénient majeur lié à la présence d'une bande morte dans les faibles vitesses. Cette bande morte provient principalement de limites physiques telles que l'inertie, le frottement sec, dans les moteurs électromécaniques, par exemple, ou l'élasticité des éléments mis en œuvre, par exemple dans le cas des moteurs piézoélectriques.

De ce fait, l'ajout de systèmes de réduction de vitesse au mécanisme de transmission est nécessaire, ce qui introduit des vibrations, des jeux et une dégradation de l'encombrement général.

En conséquence, l'aptitude du mécanisme de transmission à apporter une fine correction est compromise et le système perd en précision.

Objectif de l'invention L'invention a donc pour objectif de proposer un mécanisme de transmission qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. En particulier, l'invention propose un mécanisme de transmission capable de fonctionner sensiblement sans vibrations parasites et de couvrir une large gamme de vitesses allant de vitesses importantes jusqu'à des vitesses extrêmement lentes et ceci de manière continue.

Description de l'invention À cet effet, l'invention a pour objet un mécanisme de transmission à rapport de translation variable qui comprend : - au moins un premier objet à symétrie de révolution présentant un centre et une zone périphérique extérieure, ladite zone périphérique étant destinée à venir au contact d'une surface de roulement solidaire d'un deuxième objet, et où le premier objet et le deuxième objet sont libres de se déplacer relativement l'un par rapport à l'autre selon le plan de la surface de roulement, - des moyens de roulement pour faire évoluer le premier objet relativement au deuxième objet de manière qu'un point situé dans ladite zone périphérique extérieure vienne au contact avec ladite surface de roulement et se déroule sur celle-ci, et - des moyens de pivotement pour faire pivoter le premier objet à symétrie de révolution en prenant appui sur ledit point du deuxième objet en contact de la surface de roulement, de manière à faire dériver le centre du premier objet relativement au deuxième objet, selon une direction choisie sur la surface de roulement.

Faire dériver le centre du premier objet relativement au deuxième peut signifier faire dériver ledit centre ou faire dériver un point situé sur la surface de roulement en regard de ce centre, si ledit centre conserve une position fixée.

Par au moins un premier objet à symétrie de révolution on entend que le mécanisme peut comporter un ou plusieurs premiers objets à symétrie de révolution. Le nombre de surfaces de roulement peut être égal ou différent du nombre d'objets à symétrie de révolution.

Grâce à l'invention, par la combinaison de mouvements de corps solide du premier et deuxième objet, le mécanisme de transmission selon l'invention fonctionne sans vibrations parasites et pour une gamme de vitesses allant de vitesses importantes jusqu' à des vitesses extrêmement lentes.

Les tests réalisés par les inventeurs sur certains prototypes montrent que des vitesses entre 24 mm/heure et 6000 mm/heure peuvent être obtenues.

De plus, grâce à l'agencement entre le premier et le deuxième objet, un contact unique est produit entre le premier objet et la surface de roulement du deuxième objet. Ce contact n'est jamais rompu et permet donc au mécanisme de transmission selon l'invention de fonctionner sans retard ni jeu.

Avantageusement, le mécanisme de transmission comprend un support, par exemple en forme de tige, pour maintenir et fixer ledit centre du premier objet, une liaison rotule étant établie entre le premier objet et ledit support.

Bien que le centre du disque soit fixé par le support, la liaison rotule permet au premier objet de tourner et pivoter autour du centre.

Avantageusement, lors du contact avec la surface de roulement, ladite zone périphérique extérieure présente un plus petit rayon, et la distance entre le centre du premier objet et la surface de roulement est fixée à une valeur inférieure ou égale à la moitié dudit plus petit rayon.

Ainsi le premier objet reste globalement plus proche d'être parallèle au second objet que de lui être perpendiculaire (cas alors d'une roue de friction ou d'une pneumatique de voiture).

Le premier objet à symétrie de révolution peut comprendre un disque et ladite zone périphérique extérieure est formée par le périmètre dudit disque, ledit disque étant disposé en regard de ladite surface de roulement du deuxième objet.

Dans ce cas, le plus petit rayon correspond au rayon du disque. La condition ci-dessus se traduit donc par le fait que le plan contenant ledit périmètre forme avec la surface de roulement un angle inférieur ou égal à trente degrés lors de la mise en contact.

Dans un exemple de réalisation, le support qui porte le disque et la liaison rotule peut être solidaire d'un ensemble support inférieur immobile, ayant par exemple la forme d'une plaque, et la surface de roulement du deuxième objet est mobile et agencée au-dessus du disque.

Dans ce cas, c'est le deuxième objet qui est libre de se déplacer relativement au premier objet selon le plan de la surface de roulement. Le deuxième objet est, par exemple, une plaque agencée de manière déplaçable au-dessus du premier objet.

Selon un deuxième exemple de réalisation, le mécanisme de transmission peut comporter deux disques sensiblement parallèles. Les deux disques, les moyens de roulement et les moyens de pivotement sont montés sur un étrier ou dans une cage de support.

Avantageusement, les moyens de roulement comportent des actionneurs piézoélectriques, disposés parallèlement à l'axe du ou des disque(s).

Les moyens de roulement peuvent être au nombre de trois ou plus.

Avantageusement, les moyens de pivotement comportent deux actionneurs piézoélectriques, disposés selon un plan perpendiculaire à l'axe du ou des disque(s).

Avantageusement, le mécanisme de transmission peut comprendre en outre des moyens de commande électriques et/ou électroniques. Ces moyens permettent un control facile du mécanisme de transmission.

Brève description des figures L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif, non limitatif, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : les figures IA à 4 représentent des vues d'un mécanisme de transmission selon un premier mode de réalisation de l'invention ; les figures 5A à 7 représentent des vues d'un mécanisme de transmission selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.

Description détaillée

Les figures IA à 4 représentent un premier exemple de réalisation de mécanisme de transmission 1 conforme à 1'invention.

Les figures IA et IB sont respectivement, une vue isométrique partielle et une vue isométrique complète du mécanisme de transmission 1. La figure 2 est une vue de dessus du mécanisme 1 tel que montré par la figure IA. La figure 3 est une vue de coupe longitudinale selon l'axe III-III. La figure 4 est une vue de coupe longitudinale partielle selon l'axe IV-IV.

Dans cet exemple de réalisation, le premier objet est un disque 2 agencé parallèlement à un ensemble support inférieur 8 en forme de plaque plane et fixé audit ensemble support inférieur 8 par un support 7 en forme de tige comme le montre la figure 3. La liaison entre le disque 2 et ce support 7 est une liaison rotule qui fixe le centre 6 du disque 2 de sorte que le disque ne peut se déplacer en translation. Cependant cette liaison rotule permet au disque 2 de rouler et de pivoter autour de l'axe du support 7 .

Le deuxième objet est une plaque 9 plane disposée au-dessus et à une faible distance du disque 2. La plaque 9 est fixée à deux rails supérieurs 81, 82 qui assurent un guidage prismatique (surfaces de guidage planes prépondérantes) selon l'axe X. Les rails supérieurs 81, 82 sont fixés à deux rails inférieurs 83, 84 orthogonaux et fixés eux-mêmes à l'ensemble support inférieur 8. Les rails inférieurs 83, 84 assurent un guidage prismatique d'axe Y.

Ainsi, la surface de roulement 90 et la plaque 9 sont déplaçable selon les axes X et Y.

La distance entre le centre 6 du disque et la surface de roulement 90 de la plaque 9 est supérieure à zéro et au maximum égale à la moitié du rayon du disque 2. Cela se traduit par le fait que lorsque le périmètre P du disque 2 est au contact de la surface de roulement 90, le plan contenant le périmètre P forme avec la surface de roulement 90 un angle inférieur ou égal à trente degrés.

Pour faire dérouler le périmètre P sur la surface de roulement 90, trois actionneurs piézoélectriques 4 sont disposés à 120 degré et parallèlement à l'axe du support 7 et coincés entre le disque 2 et l'ensemble support inférieur 8. Ces actionneurs 4 sont désignés ci-après par actionneurs de roulement.

En outre, pour faire pivoter le disque 2 en prenant appui sur un point de contact entre le disque 2 et la surface de roulement 90 et ainsi faire se déplacer la plaque 9, deux actionneurs piézoélectriques 5 sont disposés perpendiculairement à l'axe du disque entre le disque et l'ensemble support inférieur 8. Ces actionneurs 5 sont désignés ci-après par actionneurs de pivotement. Plus précisément, comme cela est montré sur la figure 4, chaque actionneur de pivotement 5 est positionné entre un premier bossage 85 solidaire de l'ensemble de support 8 et un deuxième bossage 28 solidaire du disque 2.

Les figures 5A à 7 représentent un deuxième exemple de réalisation de mécanisme de transmission 10 conforme à 1'invention.

Les figures 5A et 5B sont respectivement, une vue isométrique partielle et une vue isométrique complète du mécanisme de transmission 10.

Dans cet exemple de réalisation, deux disques 12, 13 sont montés parallèlement l'un par rapport à l'autre sur une structure support 14 et positionnés dans une cage comportant une plaque support inférieure 20 et une plaque support supérieure 21. Le disque 12 présente un périmètre P destiné à rouler sur une surface de roulement 200 de la plaque inférieur 20 et le disque 13 présente un périmètre destiné à rouler sur une surface de roulement 210 de la plaque supérieure 21.

La figure 6 est une vue de coupe verticale selon un plan médian YZ passant par le centre 6 des disques 12, 13.

La figure 7 est une vue de coupe horizontale selon un plan médian XY à mi-hauteur de la structure support 14.

Comme cela se voit sur les figures 5A, 6 et 7, un ensemble ancre-bielle 15, 16 est inséré horizontalement dans la structure support 14. L'ensemble mobile formé par les disques 12, 13, la structure support 14, l'ancre 15 et la bielle 16 est fixé par un support 17 en forme de tige.

Les plaques 20, 21 de la cage sont positionnées à une distance l'une par rapport à l'autre déterminée de sorte que lorsque chaque disque 12, 13 est en contact avec la surface de roulement respective 200, 210, la distance entre le centre 6 du disque et la surface de roulement correspondante est au maximum égale à la moitié du rayon du disque.

Deux suspentes 26, 27 permettent de positionner la plaque supérieure 21 à la bonne distance de la plaque inférieure 20. La plaque supérieure est ensuite fixée par des boulons 22, 23, 24 et 25.

En outre, à l'extrémité libre de la bielle 16, passe une tige centrale 18 guidant le mouvement dudit ensemble mobile. Deux douilles à billes 181, 182 sont insérées dans les plaques inférieure 20 et supérieure 21, respectivement. La tige centrale 18 solidaire de la bielle 16 coulisse dans ces douilles 181, 182 et permet à l'ensemble mobile une liberté dans sa position en altitude.

Pour faire rouler les disques 12, 13 sur les surfaces de roulement respectives 200, 210, l'ensemble mobile comporte quatre actionneurs piézoélectriques 4 parallèles à l'axe de la tige support 17 comme cela se voit sur la figure 7.

De plus, pour faire pivoter les disques 12, 13 en s'appuyant sur leurs points de contact avec les surfaces de roulement respectives 200, 210, l'ensemble mobile comporte deux autres actionneurs piézoélectriques perpendiculaires 5 à l'axe de la tige support 17. Ces actionneurs de pivotement 5 agissent sur l'ancre 15.

Lors d'un fonctionnement de ce mécanisme de transmission 1 ; 10, les actionneurs de roulement 4 sont activés afin faire évoluer le point de contact du périmètre P à vitesse constante et suivant une fréquence F donnée.

Les deux actionneurs de pivotement 5 sont en opposition à la même fréquence F que celle des actionneurs de roulement 4. C'est à dire que lorsqu'un premier actionneur de pivotement s'étend, le second se contracte et ainsi la structure support 14 pivote autour de la tige de support 17. L'ancre 15 sert d'appui excentré fixée à la bielle 16.

Avantageusement, des pièces spécifiques 66 reliant les disques 12, 13 à la structure support 14 transmettent uniquement ce pivotement de la structure support 14 aux disques et donc aux points de contact.

En fonction du déphasage de 1'actionnement du pivotement par rapport à 1'actionnement du roulement la direction de la dérive du centre des disques est obtenue.

La vitesse produite en sortie est fonction de la fréquence et de l'amplitude du pivotement également.

Les tests réalisé sur ce deuxième exemple de réalisation ont permis d'obtenir des vitesses sans à-coup de l'ordre de 24 mm/heure et pouvant monter jusqu'à 6000 mm/heure.

Les exemples de réalisation décrits ci-dessus sont donnés pour illustrer le fonctionnement d'un mécanisme de transmission selon l'invention.

Il est évident que des modifications accessibles à 1'Homme du métier peuvent être apportées sans sortir de l'esprit de l'invention. A titre d'exemples, la forme du premier objet peut être différente de celle d'un disque. Par exemple, le premier objet peut avoir une forme ovoïdale.

Par ailleurs, dans d'autres exemples de réalisation le nombre d'actionneurs de roulement 4 peut être supérieur à 4 et le nombre d'actionneurs de pivotement 5 peut être différent de deux.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Mécanisme de transmission à rapport de translation variable (1 ; 10) caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins un premier objet (2 ; 12, 13) à symétrie de révolution présentant un centre (6) et une zone périphérique extérieure (P), ladite zone périphérique (P) étant destinée à venir au contact d'une surface de roulement (90 ; 200, 210) solidaire d'un deuxième objet (9 ; 20, 21), et où le premier objet (2 ; 12, 13) et le deuxième objet (9 ; 20, 21) sont libres de se déplacer relativement l'un par rapport à l'autre selon le plan de la surface de roulement (90 ; 200, 210), - des moyens de roulement (4) pour faire évoluer le premier objet (2 ; 12, 13) relativement au deuxième objet (9 ; 20, 21) de manière qu'un point situé dans ladite zone périphérique extérieure (P) vienne au contact avec ladite surface de roulement (90 ;200, 210) et se déroule sur celle-ci, et - des moyens de pivotement (5) pour faire pivoter le premier objet à symétrie de révolution (2 ; 12,13) en prenant appui sur ledit point du deuxième objet en contact de la surface de roulement (90 ;200, 210), de manière à faire dériver le centre du premier objet relativement au deuxième objet (9 ; 20, 21), selon une direction choisie sur la surface de roulement.
2. 2. Mécanisme de transmission (1 ; 10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un support (7 ; 17) pour maintenir et fixer ledit centre (6) du premier objet (2 ; 12, 13), une liaison rotule étant établie entre le premier objet (2 ; 12, 13) et le support (7 ; 17) .
3. 3. Mécanisme de transmission (1 ; 10) selon la revendications 2, caractérisé en ce que lors du contact avec la surface de roulement (90 ; 200, 210), ladite zone périphérique extérieure (P) présente un plus petit rayon, et en ce que la distance entre le centre (6) du premier objet (2 ; 12, 13) et la surface de roulement (90 ; 200, 210) est fixée a une valeur inférieure ou égale à la moitié dudit plus petit rayon.
4. 4. Mécanisme de transmission (1 ; 10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier objet à symétrie de révolution (2 ; 12, 13) comprend un disque (2 ; 12, 13) et ladite zone périphérique extérieure (P) est formée par le périmètre dudit disque (2 ; 12, 13), ledit disque étant disposé en regard de ladite surface de roulement (90 ; 200, 210) du deuxième objet (9 ; 20, 21) .
5. 5. Mécanisme de transmission (1) selon la revendication 4, caractérisée en ce que le support (7) est solidaire d'un ensemble support inférieur (8) immobile et la surface de roulement du deuxième objet est mobile et agencée au-dessus du disque (2).
6. 6. Mécanisme de transmission (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte deux disques (12, 13) sensiblement parallèles et en ce que les disques (12, 13), les moyens de roulement (4) et les moyens de pivotement (5) sont montés sur un étrier ou dans une cage de support.
7. 7. Mécanisme de transmission (1 ; 10) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de roulement (4) du ou des disque (s) comportent des actionneurs piézoélectriques, disposés parallèlement à l'axe (6) du ou des disque(s) (2 ; 12, 13) .
8. 8. Mécanisme de transmission (1 ; 10) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de roulement (4) sont au nombre de trois ou plus.
9. 9. Mécanisme de transmission (1 ; 10) selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que les moyens de pivotement (5) comportent deux actionneurs piézoélectriques, disposés selon un plan perpendiculaire à l'axe (6) du ou des disque(s) (2 ; 12, 13).
10. 10. Mécanisme de transmission (1 ; 10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de commande électriques et/ou électroniques.