Brevet FR2006271A1 — publié le 19691226

î 2006271 Les dispositifs détecteurs de couples sont bien connus et il sont habituellement constitués par un accouplement rempli de fluide, présentant un certain degré de souplesse et disposé entre un arbre menant et un arbre mené. On a proposé dif-5 férents types d'accouplement dont certains sont d'une complexité considérable et par conséquent d'un prix de revient élevé. En outre, certains de ces dispositifs connus fonctionnent sous une pression de fluide élevée et nécessitent une source extérieure de fluide. 10 C'est pourquoi la présente invention a pour but la réalisation d'un dispositif détecteur de couple non seulement qui soit d'un fonctionnement efficace, mais encore dans lequel la structure de l'accouplement soit comparativement simple et robuste et dans lequel ne soit nécessaire aucune source extérieure de 15 fluide sous pression élevée. A cet effet, l'invention a pour objet tin appareil détecteur de couple qui comprend une chambre remplie de fluide, une sortie hors de cette chambre, des moyens pour faire varier le volume de cette chambre selon le couple appliqué et des moyens 20 reliés à la sortie et répondant aux variations subies par la pression exercée sur le fluide en raison des variations du volume de la chambre, en vue de donner une indication du couple appliqué. L'invention a également pour objet un appareil détecteur de couple qui comprend un arbre menant, un arbre mené, des 25 moyens d'accouplement entre ces arbres menant et mené, ces moyens d'accouplement comportant des organes sensibles à tin déplacement angulaire se présentant sous des conditions de charge entre les arbres menant et mené en vue de convertir le couple appliqué à l'arbre mené en une poussée ou tin mouvement axial proportionnel 30 à ce couple appliqué et enfin des moyens sensibles à cette poussée pour donner une indication du couple appliqué. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'appareil de mesure de couple comprend un organe menant d'entrée, un organe mené de sortie, un organe d'accouplement reliant ces 35 organes d'entrée et de sortie de façon à transmettre l'entraînement, au moins l'un des organes d'entrée et de sortie et l'organe d'accouplement étant reliés de telle façon que cet organe là puisse se déplacer par rapport à l'organe d'accouplement sous des conditions de charge lorsqu'un couple est transmis de l'organe 40 d'entrée à l'organe de sortie par l'intermédiaire de l'organe 11535 2 2006271 d'accouplement, des moyens d'accouplement comprenant des moyens élastiques sensibles à ce déplacement relatif de telle façon qu'ils soient mis sous contrainte en raison du couple appliqué, et enfin des moyens de mesure pour mesurer cette contrainte des 5 moyens élastiques. De préférence, les organes délimitent une chambre et les moyens élastiques sont constitués par un fluide compressible situé à l'intérieur de cette chambre, au moins l'un des organes d'entrée et de sortie et l'organe d'accouplement formant une /des , 10 liaison maie et femelle,/moyens de clavetage reliant l'organe considéré parmi les organes d'entrée et de sortie et l'organe d'accouplement et étant disposés de telle façon que, lors de la transmission d'un couple de l'organe d'entrée vers l'organe de sortie par l'intermédiaire de l'organe d'accouplement, le mouve-15 ment relatif entre l'organe considéré et l'organe d'accouplement provoque une réduction du volume de la chambre et que le fluide contenu dans cette chambre soit comprimé en raison du couple appliqué, les moyens de mesure comprenant des moyens indicateurs de pression pour mesurer la pression du fluide à l'intérieur de 20 la chambre, cette pression constituant une mesure du couple appliqué. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés et à titre d'exemples non limitatifs, a pour but de faire comprendre comme la présente Invention peut être mise en 25 pratique. La figure 1 représente une vue schématique d'une source d'énergie entraînant une charge par l'intermédiaire d'une ligne de transmission comportant un appareil de mesure de couple. La figure 2 représente une vue en eoupe d'un appareil 30 de mesure de couple convenant pour être utilisé dans le montage de la figure 1 et conforme à un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 3 représente une vue en coupe d'un autre appareil de mesure de couple convenant également pour être utili-35 sé dans le montage de la figure 1 et conforme à un second mode de réalisation de l'invention. La figure 4 représente une vue de gauche de l'appareil de la figure 3 en coupe suivant la ligne Y-Y de cette figure. La figure 5 représente une variante de l'appareil de 40 mesure de couple de la figure 3. 69 11535 3 2006271 Comme le montrent les figures 1 et 2, l'appareil de mesure de couple 1 est interposé dans une ligne de transmission 2a, 2b d'un moteur à combustion interne 3 vers une charge extérieure 4 telle que par exemple les roues motrices d'une voiture 5 ou l'hélice d'un bateau. Cet appareil comprend un arbre d'entrée 5 et un arbre de sortie 6 présentant chacun la forme d'un piston à jupe et un manchon d'accouplement 7 dans les extrémités duquel pénètrent respectivement les arbres qui sont montés en ajustement glissant dans le manchon. Ce manchon relie les arbres de façon à 10 transmettre un entraînement, ceci d'une manière qui sera décrite plus loin. Sur la surface extérieure de chacun des arbres sont ménagées deux rainures hélicoïdales opposées 8 dont une seule est représentée sur la figure et sur la paroi 9 du manchon sont dis-15 posées de façon convenable deux paires d'ergots 10 et 11 opposés qui font saillie vers l'intérieur, chaque paire 10 ou 11 étant engagée dans une paire correspondante des rainures des arbres. Les faces extrêmes intérieures 12 et 13 des arbres et la paroi intérieure du manchon définissent une chambre 14, les montages à 20 rainures et ergots 8-10 et 8-11 étant tels qu'ils ne permettent pas irn contact en butée des faces extrêmes en regard 12 et 13 des arbres. Plusieurs perçages 15 disposés radialement et dans un même plan conduisent de la chambre 14 à la surface extérieure du manchon et un collier fixe 16 enfilé sur le manchon présente un 25 passage annulaire ^disposé au centre de sa surface intérieure, ce collier 16 étant disposé de telle façon que les perçages 15 communiquent avec le passage 17. Deux bagues d'étanchéité 18 et 19 disposées dans des gorges 20 et 21 ménagées dans le collier 16 assurent l'étanchéité entré ce collier et la surface en regard 30 du manchon. La chambre 14 est remplie d'un fluide compressible, liquide ou air, et le collier 16 porte une jauge de pression 22 qui communique avec le canal 17 et par conséquent avec la chambre 14 de façon à permettre le passage du fluide. Chaque montage à rainures et ergots 8-10 et 8-11 est tel que, lorsqu'il est correc-35 tement orienté, des couples égaux et opposés sont appliqués sur les arbres 5 et 6 et que ces arbres tendent à se déplacer l'un vers l'autre, ce dont il résulte un déplacement angulaire relatif entre le manchon et les arbres, le volume de la chambre tendant ainsi à décroître et la pression du fluide qui y est contenu à 40 croître; cette pression du fluide sera par conséquent directement 11535 4 2006271 proportionnelle au couple appliqué. La jauge de pression 22 est enfin munie d'une échelle convenablement graduée en valeurs de couple. Deux arbres identiques 23 et 24 relient les arbres 5 d1entrée 5 et de sortie 6 respectivement à 1'entraînement 2a qui provient du moteur 3 et à 1*entrée 2b de la charge 4. La partie en forme de jupe 5a et 6a de chaque arbre 5 et 6 sert de douille pour recevoir une extrémité de l'arbre correspondant 23 ou 24. Sur la paroi de chaque douille 5jë ou 6a sont prévues deux râinu-10 **es opposées 25 et 26 et l'arbre correspondant 23 ou 24 présente deux autres rainures opposées 27 et 28 du type rainure de clave-tage et contenant chacune une rangée de billes 29. Chaque arbre 23 ou 24 peut par conséquent entraîner une rotation de l'arbre 5 ou 6 correspondant par l'intermédiaire des rangées de billes 15 29 et, également par l'intermédiaire de ces rangées de billes, un mouvement axial relatif peut survenir entre chacune des paires d'arbres 5-23 ou 6-24. Chaque arbre 23, 24 est muni à son extrémité d'une bride 30 qui présente des moyens pour accoupler cet arbre 23 ou 24 à la ligne de transmission 2a-2b. . 20 Lorsque l'appareil de mesure de couplé fonctionne, le moteur à combustion interne 3 entraîne l'arbre d'entrée § par l'intermédiaire de l'arbre à brides 23 et l'entraînement est transmis par l'intermédiaire du manchon à l'arbre de sortie 6, puis à l'arbre de sortie 24 et à la charge 4. Des couples égaux 25 et opposés sont par conséquent appliqués aux arbres 5 et 6. Il se produit une réaction entre chaque paire d'ergots 10 ou 11 et leurs rainures correspondantes 8 et la force de réaction, due à la disposition hélicoïdale de ces rainures, présente une composante axiale orientée vers la chambre 12 etggit 30 à.1'encontre des arbres 5 et 6, ceux-ci se déplaçant de ce fait l'un vers l'autre, un déplacement angulaire relatif survenant entre le manchon et les arbres 5 et 6 au cours du mouvement et une composante tangentielle constituant le couple d'entraînement. On atteint un équilibre axial lorsque la pression du fluide dans 35 la chambre 12, agissant sur les faces intérieures 12 et 13 des arbres 5 et 6, est égale à la composante axiale de la force de réaction mentionnée sur chaque arbre. La composante axiale est proportionnelle à la composante tangentielle de la force* Le fluide sous pression situé à l'intérieur de la chambre 14 aetion-40 ne la jauge de pression 22 qui indique la valeur du couple qui 11535 5 2006271 est transmis. Lors d'un accroissement ou d'une diminution de la charge 4, et donc du couple transmis, les arbres 5 et 6 se déplacent de façon à respectivement réduire ou accroître le volume de la chambre 14. 5 Dans l'autre mode de réalisation illustré par la figure 3* les parties correspondantes à celles du mode de réalisation de la figure 2 portent les mêmes références. Ce mode de réalisation de la figure 3 est destiné à des applications commerciales tandis que celui de la figure 2 est prévu comme proto-10 type à des fins d'expérience et de démonstration. Comme le montrent les figures 3 et 4, un boîtier cylindrique 31 remplace le collier 16 du montage de la figure 2, il contient les arbres 5 et 6 et le manchon 7 et il est emmanché sur des parties mâles 38 de pièces 32 et 33 ën saillie dans le 15 sens de l'axe. Chacune de ces pièces 32 et 33 contient deux roulements à billes 34 et 35 qui sont disposés côte à côte et qui supportent respectivement chacun des arbres 23 et 24, les cages des roulements étant disposées de façon à résister aux poussées axiales respectivement des arbres 23 et 24. Le boîtier 31 présen-20 te une capacité 47 pour le fluide compressible qui est par exemple de l'huile, les arbres 5 et 6 et le manchon étant baignés par cette huile. Les perçages radiaux 15 font communiquer la chambre 14 avec la capacité 47. Les arbres 23 et 24 sont reliés aux arbres 5 et 6 de 25 façon à transmettre l'entraînement, respectivement par l'intermédiaire de roulements à billes réunissant les rainures 25 et 26 avec les rainures axiales 27 et 28 ménagées dans les arbres 23 et 24, un déplacement axial relatif pouvant ainsi survenir entre les paires d'arbres 5-23 ou 6-24. Les arbres 5 et 6, qui présen-30 tent la forme de cylindres, sont fermés à leurs extrémités intérieures par des disques obturateurs 45 vissés dans les arbres 5 et 6. Les ergots 10 et 11 sont fixés sur la paroi 9 du manchon et ils présentent des têtes à galet 46 disposées respectivement dans les rainures hélicoïdales 8 des arbres 5 et 6. Les disposi-35 tifs à rainures et ergots 8-10 et 8-11 peuvent être disposés de façon à servir pour l'un ou l'autre sens de rotation des arbres 5 et 6. Pour prévenir les fuites d'huile hors de la capacité 47, des joints 37 du type mécanique sont disposés entre les 40 extrémités extérieures des arbres 5 et 6 et les pièces en saillie 69 11535 6 2006271 32 et 33. Chaque joint mécanique 37 comprend un collier de graphite dont la surface extérieure est montée en ajustement glissant sur une paroi annulaire dirigée axialement 48 de la pièce 32 ou 33 correspondante, une bague d'étanchéité 49 étant disposée entre 5 la surface extérieure du joint 37 et la paroi 48. Un ressort léger non représenté et disposé à l'intérieur de chaque joint 37 s'appuie sur une paroi radiale 41 de chaque pièce en saillie 32 ou 33 pour appliquer une lèvre annulaire 40 du joint 37 en butée et en contact étanche contre la paroi extrême extérieure des 10 arbres 5 et 6. Un autre joint annulaire 42 entoure chaque arbre 5 et 6 au voisinage du joint mécanique 37 et un chapeau 36 est prévu à l'extrémité extérieure de chaque pièce en saillie 32 et 33. Une ouverture de mise à l'air 43 est prévue dans cha-15 que pièce en saillie pour s'assurer que la zone d'air 50 qui est séparée de la capacité d'huile 47 par les joints mécaniques 37 est à la pression atmosphérique. L'action de la force du ressort sur le système est presque négligeable, Biais on peut en tenir compte par un étalonnage convenable de la jauge 22. Un bouchon 44 monté 20 dans le boîtier 31 permet l'évacuation ou le remplissage de la capacité d'huile 47. L'appareil de mesure de couple suivant ce second mode de réalisation fonctionne de façon analogue à celle du premier mode de réalisation. Dans ce cas cependant, la mise sous pression 25 du fluide dans la chambre 14 qui résulte d'une réduction du volume de cette chambre est transmise au fluide de la capacité 47. La jauge de pression 22 est alors commandée par le fluide sous pression situé dans là capacité 47 de façon à indiquer la valeur de la pression et par conséquent la valeur du couple transmis. 30 La lèvre 40 de chaque joint 37 est maintenue au contact de l'arbre correspondant 5 ou 6 quels que soient les mouvements de ces arbres. Dans la variante de l'appareil de mesure de couple de la figure 3 illustrée par la figure 5, seul l'arbre 6 est mobile dans le manchon J, celui-ci étant directement accouplé à l'ar-35 bre 23 qui est normalement associé à l'arbre 5. A cet effet, comme le montre la figure 5, l'arbre 23 présente une tête 51 sur une partie mâle 52 de laquelle est emmanché le manchon 7. De même que précédemment, il est prévu deux joints mécaniques 37, l'un entre l'arbre 6 et la pièce en saillie 33 et l'autre entre la 40 tête 51 et la pièce en saillie 32. 69 11535 7 2006271 Cette variante fonctionne d'une façon analogue à celle de l'appareil de la figure 3, mais dans ce cas l'arbre 6 se déplace vers la face extérieure de la tête 51 lorsqu'un couple est appliqué au système. Bien que la disposition de la figure 5 5 constitue une simplification considérable de l'appareil, celui-ci présente cependant comme inconvénient le fait qu'une poussée axiale non équilibrée notable apparaît, agissant sur l'un des arbres 23 ou 24. On évite cet inconvénient en prévoyant deux arbres opposés et mobiles axialement 5 et 6 tels que ceux décrits pour les 10 modes de réalisation des figures 2 et 3 de telle façon que le système soit symétrique de part et d'autre de la chambre 14. Il est bien évident que d'autres modifications peuvent être apportées à l'appareil. C'est ainsi que par exemple le fluide compressible peut être remplacé par m dispositif à ressort qui 15 serait comprimé par les arbres mobiles 5 et 6 et qu'on peut prévoir des moyens tels que par exemple une cellule de charge pour mesurer la compression du dispositif à ressort; cette compression du dispositif à ressort serait évidemment proportionnelle au couple transmis. Dans les modes de réalisation des figures 3 et 20 5, on pourrait également utiliser d'autres joints à la place des joints mécaniques 37. Bien qu^ dans les modes de réalisation décrits, l'appareil de mesure de eouple ait été utilisé dans des essais sur un équipage mobile, l'appareil pourrait tout aussi bien être utilisé 25 dans des applications au "banc d'épreuve". L'appareil pourrait être utilisé en association avec d'autres Instruments tels que par exemple un tachymètre 53 (figure l), de façon à déterminer la puissance en chevaux indiquée au frein du moteur soumis à l'essai. L'appareil pourrait également être utilisé pour indiquer les 30 conditions de surcharge dans la ligne de transmission; l'appareil pourrait par exemple commander un dispositif d'alarme ou actionner un dispositif de rupture pour arrêter l'entraînement ou encore réduire la charge lorsque les conditions maximales de charge en sécurité seraient dépassées. 69 11535 8 2006271 - REVENDICATIONS - 1.- Appareil détecteur de couple, caractérisé par le fait qu'il comprend une chambre remplie de fluide, une sortie hors de cette chambre, des moyens pour faire varier le volume de 5 cette chambre selon le couple appliqué et des moyens reliés à la sortie et répondant aux variations subies par la pression exercée sur le fluide en raison des variations du volume de la chambre, en vue de donner une indication du couple appliqué. 2.- Appareil détecteur de couple, caractérisé par le 10 fait qu'il comprend un arbre menant, un arbre mené, des moyens d'accouplement entre ces arbres menant et mené, ces moyens d'accouplement comportant des organes sensibles à un déplacement angulaire se présentant sous des conditions de charge entre les arbres menant et mené en vue de convertir le couple appliqué & 15 l'arbre mené en une poussée ou un mouvement axial proportionnel à ce couple appliqué et enfin des moyens sensibles & cette poussée pour donner une indication du couple appliqué. 3.- Appareil de mesure de couple, caractérisé par le fait qu'il comprend un organe menant d'entrée, un organe mené de 20 sortie, un organe d'accouplement reliant ces organes d'entrée et de sortie de façon à transmettre l'entraînement, au moins l'un des organes d'entrée et de sortie et l'organe d'accouplement étant reliés de telle façon que cet organe là puisse se déplacer par rapport à l'organe d'accouplement sous des conditions de charge 25 lorsqu'un couple est transmis de l'organe d'entrée à l'organe de sortie par l'intermédiaire de l'organe d'accouplement, des moyens d'accouplement comprenant des moyens élastiques sensibles à ce déplacement relatif de telle façon qu'ils soient mis sous contrainte en raison du couple appliqué, et enfin des moyens de mesure 30 pour mesurer cejiite contrainte des moyens élastiques. 4.- Appareil selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les organes délimitent une chambre et les moyens élastiques sont constitués par un fluide compressible situé à l'intérieur de cette chambre, au moins l'un des organes d'entrée 35 et de sortie et l'organe d'accouplement formant une liaison mâle et femelle, des moyens de clavetage reliant l'organe considéré parmi les organes d'entrée et de sortie et l'organe d'accouplement et étant disposés de telle façon que, lors de la transmission d'un couple de l'organe d'entrée vers l'organe de sortie par l'inter 11535 9 2006271 médiaire de l'organe d'accouplement, le mouvgimt relatif entre l'organe considéré et l'organe d'accouplement provoque une réduction du volume de la chambre et que le fluide contenu dans cette chambre soit comprimé en raison du couple appliqué, les 5 moyens de mesure comprenant des moyens indicateurs de pression pour mesurer la pression du fluide à l'intérieur de la chambre, cette pression constituant une mesure du couple appliqué. 5.- Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'ion collier fixe entoure les moyens d'accouplement 10 et présente un réservoir qui communique avec les moyens d'indication de pression de façon à permettre le passage d'un fluide, des moyens de passage étant prévus pour faire communiquer le réservoir avec la chambre et des moyens d'étanchéité étant disposés entre le collier et les moyens d'accouplement pour prévenir 15 les pertes de fluide hors du réservoir. 6.- Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il y est prévu un boîtier contenant l'organe d'accouplement et au moins une partie de l'ensemble constitué par les organes d'entrée et de sortie, ce boîtier présentant une capa-20 cité qui est remplie de fluide compressible et dans laquelle les organes baignent, la chambre et les moyens d'indication de pression communiquant avec cette capacité de façon à permettre le passage d'un fluide et des moyens d'étanchéité étant prévus pour prévenir les pertes de fluide hors de cette capacité, la disposi-25 tion étant telle que le fluide situé à l'intérieur de la capacité est comprimé en raison du couple appliqué lorsque le volume de la chambre décroît lors d'un mouvement relatif de l'organe considéré et de l'organe d'accouplement, les moyens indicateurs de pression mesurant la pression du fluide située dans la capacité. 30 7«- Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens d'étanchéité sont disposés entre chacun des organes d'entrée et de sortie et une paroi extrême correspondante du boîtier. 8.- Appareil selon l'une des revendications 4 à 7, 35 caractérisé par le fait que l'autre des organes d'entrée ou de sortie et l'organe d'accouplement présentent une liaison mâle et femelle avec des moyens de clavetage intermédiaires qui permettent un mouvement relatif entre ces organes faisant décroître le volume de la chambre. 40 9«- Appareil selon l'une des revendications 4 à 8, 11535 10 2006271 caractérisé par le fait que l'organe d'accouplement présente la partie femelle des liaisons mâle et femelle. 10.- Appareil selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé par le fait que les moyens de clavetage comprennent une rainure hélicoïdale ménagée sur la surface extérieure des organes d'entrée et de sortie ou sur la surface intérieure de l'organe d'accouplement et m ergot prévu sur l'autre de ces surfaces et s'engageant dans cette rainure.