Brevet FR2291406A1 — publié le 19760611

La présente invention concerne un élément de palier de guidage sans frottement pour mouvements rectilignes de faible course, ainsi que le palier réalisé à l'aide dudit élément. Un tel élémentdepIIerpeut servir avantageusement à de nombreuses applications qui font intervenir des commandes ou des transmissions mécaniques, parmi lesquelles on citera en exemple les systèmes nécessitant une mesure précise d'efforts. On sait que dans de tels systèmes, la transmission de l'ef- fort à un capteur de force doit s'effectuer en l'absence de tout frottement. En effet, dans un système mécanique (réel) les forces de frottement qui peuvent varier de façon considérable en fonction de facteurs extérieurs tels que l'usure, les phénomènes de dilatation contractions ou autres, ne sont pratiquement pas quantifiables. En conséquence, le résultat de la mesure d'une force détectée par un capteur de force, dans un système de mesure soumis à des forces de frottement, est donc, erronné, sans qu'il soit possible d'y apporter une correction précise. D'autre part, l'application de la force sur le capteur doit être effectuée en un emplacement et dans une direction longitudinale rigoureusement précise et sans possibilité de déplacement radial du point d'application de ladite force sur le capteur, pendant la mesure, du fait que, en général la courbe de réponse du capteur n'est pas la même s'il est attaqué différemment. Pour éviter les effets néfastes dus aux forces de frottement, on a déjà réalisé des paliers dans lesquels l'arbre de transmission est monté flottant sur des disques ou membranes en matière élastique, par exemple en caoutchouc, ces disques étant fixés, à leur périphérie, à la surface interne du corps de palier, généralement tubulaire. Toutefois, ce type de palier qui supprime tout frottement, ne permet pas un guidage axial convenable de l'arbre de transmission et est surjet, en conséquence, aux imprécisions et inconvénients précédemment mentionnés. L'invention supprime tous ces inconvénients : elle propose en conséquence un élément de palier de guidage sans frottement pour des mouvements rectilignes de faible course, essentiellement constitué par un disque en matière élastique comprenant un évidement central coaxial dont la surface périphérique externe peut être rigidement liée à la surface interne du corps de palier, et dont la surface périphérique interne dudit évidement central, peut être rigidement liée à un arbre de transmission coaxial, ledit disque comprenant, enrobées dans ladite matière élastique, au moins trois pièces de support, radialement disposées et, de préférence régulièrement espacées autour dudit évidement central, les dites pièces de support étant constituées par des portions de sphères comprenant deux surfaces d'appui sphériquesdiamétrale- ment opposées et affleurant tangentiellement, respectivement à la surface périphérique externe dudit disque élastique et à la surface périphérique interne dudit disque. Selon une caractéristique de l'invention, pour éviter tout mouvement de rotation ou de torsion de l'arbre de transmission autour de son axe longitudinal, les susdits disques peuvent en outre, comprendre au moins un réseau métallique, par exemple-une grille anti-torsion noyée dans la matière élastique. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, les susdits éléments de support sont des aiguilles dont les extrémités sont des portions diamétralement opposées d'une même sphère. Ainsi un palier de guidage sans'frottement pour des mouvements rectilignes de faible course, peut dextre constitué par un corps tubulaire cylindrique, ou comprenant au moins un alésage cylindrique, sur la surface cylindrique duquel est rigidement lié, au niveau de sa périphérie externe, au moins un élément de palier selon l'invention constitué par le susdit disque, le perçage central de ce disque étant rigidement lié, au niveau de sa périphérie interne, au susdit arbre de transmission, de sorte que les pièces de support, dont les surfaces sphériques viennent en contact tangentiellement, d'une part avec la surface interne cylindrique du corps de palier, ou d'une bague solidaire dudit disque élastique, et d'autre part, avec la surface cylindrique externe de l'arbre, ou d'une bague solidaire dudit disque élastique,au- torisent un déplacement axial dudit arbre tout en conservant rigoureusement son guidage. Il apparaît donc clairement que ces pièces support s'opposent à tout déplacement radial de l'arbre de transmission tout en permettant des déplacements axiaux selon une "faible course". Il importe de noter à ce propos que la longueur de la course admissible est essentiellement fonction des dimensions de l'élément de palier, et qu'en conséquence, l'expression "faible course précédemment utilisée a une valeur purement relative. Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ciaprès, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels s Les figures 1, 2, 3 et 4 représentent respectivement,en coupe axiale et en coupe transversale, deux éléments de paliers de guidage, l'un étant pourvu de grilles anti-torsion (figures 3 et 4), et l'autre en étant dépourvu Les figures 5, 6, 7 et 8 représentent > d'une façon analogue, deux éléments de palier munis respectivement de deux manchons tubulaires rigidement fixés 8 la périphérie interne et è la pEri- phdrie externe du susdit disque, l'un de ces deux éléments (figures 7 et 8) étant doté de grilles anti-torsions tandis que l'autre (figures 5 et 6) en est dépourvu v La figure 9 est une coupe longitudinale d'un palier de guidage selon l'intention,en position de repos et comprenant deux éléments de palier 5 Les figures 10 et Il sont deux coupes transversales respec vivement selon A-1 et B-B d'un élément de guidage du palier repré- sent figure 9 ; La figure 12 est une coupe longitudinale du palier représenté figure 9 lors d'un déplacement de l'arbre de transmission La figure 13 est une coupe longitudinale d'un palier analogue i celui représenté figure 9, mais comprenant des éléments de palier permettant son démontage X Les figures 14 et 15 sont deux diagrammes théoriques permettant, lors de la mesure d'une force, d'effectuer les corrections dues à l'élasticité du palier g et enfin La figure 16 est une coupe longitudinale d'un système de lesure de force utilisant un palier selon l'invention. Avec référence aux figures 1 et 2 l'élément de palier de guidage 1 se compose essentiellement d'un disque 2 en matière élastique, par exemple en élastomère ou en caoutchouc, muni d'un perçage central 3. Ce disque 2 comprend, noyées dans la matière élastique, cinq aiguilles radial.. 4 en acier, régulièrement espacées.Ces aiguilles 4 comportent chacune deux extrémités 5, 6 formant portion d'une sphère centrée au centre de l'aiguille 4, ces extrémités 5, 6 affleurant respectivement sur la surface périphérique externe 7 et sur la surface périphérique interne 8 dudit disque 2. Avec référence aux figures 3 et 4, le disque 9 comprend en outre, pour éviter toute possibilité de torsion autour de son axe, deux disques 10, 11 réalisé par exemple en un grillage métallique également noyé dans la matière élastique, disposés de part et d'autre des aiguilles 4. La surface périphérique interne 8 et externe 7 des disques représentés figures 1, 2, 3 et 4 peut être rigidement live, co - me illustré figures 5, 6, 7 et 8, par exemple par adhérisation, respectivement; à deux manchons tubulaires 12 et 13 métalliques par exemple en scier, Ces manchons tubulaires permettent, comme il sera décrit par la suite, de rendre démontable les éléments de palier de guidage ainsi réalisés. Avec référence aux figures 9, 10 et 11, le palier de guidage 14 comprend un corps 15 de surface interne cylindrique dans lequel sont disposés deux éléments de palier 16, 17 tels que représentés figures 3 et 4. Dans les perçages centraux 18, 19 de ces éléments de palier, qui sont coaxiaux, passe un arbre de transmission ao. Les disques 2 des deux éléments de palier 16, 17, sont adhéri- sés d'une part, en (a) par leur surface périphérique externe à la surface interne du corps 15 et, d'autre part, en (a') par la surface périphérique interne des perçages centraux 18, 19 à l'arbre de transmission 20. On notera à ce sujet que chacun des éléments de palier 16, 17 pourrait tre utilisé seul et éventuellement comprendre au moins deux séries longitudinalement espacées de pièces de support, par exemple d'aiguilles 4, disposées radialement par rapport à l'axe de l'arbre de transmission 20. De momie les disques en grillage 10, 11 pourraient entre rempla- cés par des disques en un matériau déformable axialement, maie non à la torsion. Avec référence à la figure 12, l'arbre de transmission 20, soumis à une force F, s'est déplacé longitudinalement d'une distance lo Ce déplacement est permis en raison de la déformation des disques élastiques 2 des éléments de palier 16, 17, qui pr- sentent alors un. concavité (o orienté en sens inverse de la force F. Bien entendu, le déplacement 1 tel que représenté sur cette figure est exagéré pour permettre une meilleure compréhension du fonctionnezent du palier selon l'invention. Ce déplacement 1, dans le cas d'un palier ayant approximativement les dimensions de celui représenté figure 12, peut etre de l'ordre du millimètre maximum. Pendant ce déplacement, en raison de la forme sphérique de leurs extrémités 5, 6, les aiguilles 4 restent au contact à la fois de la surface interne du corps 15, et de la surface externe de l'arbre de transmission 20. En conséquence, tout déplacement radial de l'arbre de transmission 20 est rendu impossible. On notera à ce suret que lors de ce déplacement, les disques 2 des éléments de palier 16, 17 opposent à la force r une résistance antagoniste due à son élasticité. Toutefois, à la différence des forces de frottement, cette résistance peut être quantifiée et il est possible, comme il sera expliqué dans la suite, dans le cas d'une mesure de force, d'effectuer les corrections nécessaires. Bien entendu, pour certaines applications du palier, par exemple la réalisation d'une balance, cette résistance peut être augmentée par l'emploi de moyens élastiques additionnels associés directement ou non aux disques 2, ou faisant corps avec ceux-ci. Avec référence à la figure 13 qui représente un palier de guidage comprenant deux éléments de palier analogues à ceux repré- sentés figures 6 et 7, les manchons externes 13, de diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur du corps 22, sont engagé. et fixés à ce dernier de façon démontable0 Dans l'exemple représenté, la fixation des manchons 13, est obtenue au moyen d'un épaulement 23 débordant de la surface interné du corps 22, d'une entretoise 24 intercalaire, et d'une couronne de serrage 25 se vissant dans le corps 22o De même les manchons internes 12 dans lesquels passe l'arbre 26, sont fixés à ce dernier, de façon démontable au moyen d'une butée circulaire 27, d'une entretoise 28, et d'une couronne de serrage 29 vissée sur ledit arbre 26. Ce mode de réalisation permet avantageusement d'avoir des éléments de palier démontables de l'arbre 26 et du corps 22 et par suite facilement remplaçables, par exemple par des éléments ayant des dimensions différentes. Les diagrammes théoriques représentés figures 15 et 16, permettent de mieux mettre en évidence le processus à suivre, pour effectuer les corrections nécessaires, lors de la mesure d'une force r dans-un système de mesure comprenant un palier selon l'in Invention Le diagramme illustré dans la figure 14, représente la courbe du déplacement de l'arbre 26 par rapport au corps 22 en fonction de la force P qui est appliquée, par exemple à un capteur de force, monté entre ce corps et l'arbre0 En d'autres termes, il s'agit de la courbe d'étalonnage forcedéformation du capteur de force.Cette courbe 31 permet donc d'obtenir la valeur de la force F1 appliquée au capteur en fonction du déplacement A I1 de l'arbre 26, par rapport au corps 22. Pour obtenir la valeur réelle de la force F appliquée à l'arbre de transmission 26, il convient d'effectuer une correction en rajoutant à la force P1 la valeur f1 de la force de résistance correspondante au déplacement t I1 dudit arbre de transmission 26 par rapport au corps 22. Cette valeur peut être obtenue de façon classique en étalonnant, comme représenté figure15, le palier de guidage comportant au moins un élément de palier unique s la courbe 32 représentée sur la figure 15 permet d'obtenir la valeur de la force s en fonction du déplacement de ou des éléments du palier. Dans les exemples représentés figures 14 et 15, les courbes 31 et 32 sont rectilignes. Â ce propos il convient de noter que la forme de ces courbes est fonction de la nature et de la forme des matériaux utiliss0 La figure 16, représente un système servant à la mesure de force utilisant un palier 33 de guidage à deux éléments selon 1 ' inventionO Ce système comprend un vérin à double effet 34, agissant directement sur 1'une des extrémités de l'arbre de transmission 26 du palier élastique 33. L'autre extrémité de l'arbre 26 appui. sur un capteur de force 35 retenu dans un boftier-36 solidaire du corps 37 du palier 33. Ce système permet la mesure de force. tant du point de vue statique, que dia point de vue dynamique, On notera que le palier selon l'invention présente l'avantage d'être pratiquement insensible aux conditions ambiantes ce qui permet son application dans les milieux humides ou mêLes corrosifs, sans nécessiter un entretien et d'effectuer des vérifications fréquentes0 Bien entendu, selon d'autres modes de réalisation possibles, l'éléments de palier peut comprendre des pièces de support de forme diverses consistant toujours en une portion de sphère par exemple des segments sphériques, une telle solution peut augmenter la rigidité anti-torsion de l'élément de palier, I1 importe enfin de préciser que dans le cas ou on utilise un seul élément de palier ne comprenant qu'une seule série d'aiguille., l'arbre de transmission peut être soumis à un léger effet de rotule qui peut être avantageux dans certaines applications particulières de l'invention0 REVENDICATIONS 1.- Elément de palier de guidage sans frottement pour des mouvements rectilignes de faible course, caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par un disque en matière élastique comprenant un évidement central coaxial dont la surface périphérique externe peut être rigidement liée à la surface interne du corps de palier et dont la surface périphérique interne dudit évidement central peut être rigidement liée à un arbre de transmission coaxial, ledit disque comprenant, enrobées dans ladite matière élastique, au moins trois pièces de support radialement disposées autour dudit évidement central, constituées par des porw tions de sphères et comprenant deux surfaces d'appui sphériques diamétralement opposées et affleurant tangentiellement respectivement à la surface périphérique externe dudit disque et à la surface périphérique interne dudit disque. 2 - Elément de palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que,:pour éviter tout mouvement de rotation ou de torsion de l'arbre de transmission autour de son axe longitudinal, les susdits disques comprennent, en outre, au moins, une pièce en matériau déformable axialement, mais non à la torsion, par exemple un réseau métallique ou une grille anti-torsion, enrobée dans la matière élastique. 3.- Elément de palier selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdites pièces de support sont espacées régulièrement les unes des autres. 4.- Elément de palier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les susdits disques comprennent au moins deux séries longitudinalement espacées, de pièces de support disposées radialement par rapport à l'axe de l'arbre de transmission 7. 5.- Elément de palier selon l'une des revendications précédentes,-caractérisé en ce que les pièces de support sont des aiguilles dont les extrémités sont des portions diamétralement opposées d'une même sphère. 6.- Elément de palier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites pièces de support sont en métal, par exemple en acier. 7.- Elément de palier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élasticité des susdits disques peut être renforcée directement ou indirectement à l'aide d'un organe élastique additionnel ou faisant corps avec ledit disque (pour le rappel en position d'origine). 8.- Elément de palier selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les susdits disques sont rigidementliés, au niveau de leur surface périphérique externe et au niveau de la surface périphérique interne de leur perçage central, respectivement a deux manchons tubulaires destinés à être fixés par exemple de façon démontable, d'une part sur le corps du palier et d'autre part, sur l'arbre d'entrainement. 9.- Elément de palier selon l'une des revendications précô- dentes, caractérisé en ce que les susdites liaisons rigides sont réalisées par adhérisation. 10.- Palier de guidage sans frottement pour mouvements rectilignes de faible course, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par un corps tubulaire cylindrique, ou comprenant au moins un alésage cylindrique, sur la surface cylindrique duquel est rigidement lié, au niveau de sa périphérie externe, au moins un élément de palier constitué par le susdit disque, le perçage central de ce disque étant rigidement lié, au niveau de sa périphérie interne au susdit arbre de transsmission, de sorte que les pièces de support dont les surfaces sphériques viennent en contact tangentiellement, d'une part avec la surface interne cylindrique du corps de palier ou d'une bague solidaire dudit disque élastique, et d'autre part, avec la surface cylindrique externe de l'arbre ou d'une bague solidaire dudit disque élastique, autorisent un déplacement axial dudit arbre tout en conservant rigoureusement son guidage. 11.- Palier de guidage selon la revendication 10, caractéri- sé en ce qu'il est démontable , les deux susdits manchons tubulaires étant respectivesenk fixés, de façon démontable, d'une part sur le corps et d'autre part sur l'arbre de transmission. 12.- Palier de guidage selon la revendication 11, caracté- risé en ce qu'il utilise des éléments de palier de diamètre différent.