Brevet FR2493434A1 — publié le 19820507

L'invention a pour objet un dispositif d'accouple- ment pour assurer, dans la direction de fonctionnement, une liaison sans jeu de la partie mobile (prise) d'un potentiomètre de précision constituant un indicateur de course, avec une pièce mobile de machine (organe de réglage). Il est connu de détecter les déplacements de machi- nes, par exemple les déplacements relatifs de réglage d'un organe de réglage de machine à l'aide d'indicateurs de course qui sont fréquemment constitués par un potentiomètre de précision ou bien un potentiomètre linéaire de précision, de façon à pouvoir ainsi effectuer une régulation du déplacement. Si un déplacement de translation doit être détecté par un indicateur de course cons- titué d'un potentiomètre, les deux systèmes doivent être adaptés l'un à l'autre de façon extrêmement précise avec un parallélisme impossible à obtenir en pratique, de façon que le déplacement de l'élément de machine puisse être transmis, pour permettre la commande de la machine, au curseur du potentiomètre de transla- tion. A cause, d'une part, de tolérances inévitables en pratique. et, d'autre part, du fait du guidage très précis que comporte l'indicateur de course l.ui-m9me afin qu'il puisse effectuer une mesure irréprochable, des problèmes surgissent pour la transmis- sion du déplacement, problèmes qui n'ont pas pu être évités jusqu'a ce jour. Si l'on accouple les deux parties mobiles, à savoir le curseur du potentiomètre et la pièce mobilede la machine, de façon rigide l'une avec l'autre, ceci aboutit. rapidement à des détériorations dans la zone du potentiomètre et à une impréci- sion de la mesure devenant toujours plus grande, tandis qu'un accouplement lache entraîne nécessairement des imprécisions dans la transmission du déplacement de translation, et n'est finale- ment cependant pas en mesure d'assurer les degrés de liberté dans le déplacement qui sont nécessairement pour la transmission sans perturbation et sans détérioration d'un déplacement de translation. L'invention a, en conséquence, pour but de créer un dispositif d'accouplement qui transmette un déplacement de translation de réglage sans jeu sur un potentiomètre de préci- sion et qui permette, dans ce cas, au moins quatre larges degrés de liberté de déplacement, notamment le décalage en parallèle dans la direction des X et des Y (la direction des Z étant la 2 2493434 direction du déplacement de translation à transmettre sans jeu), ainsi qu'un déplacement de rotation ou de torsion du dispositif d'accouplement et un déplacement de flexion ou de basculement. Le dispositif d'accouplement conforme à l'invention résout ce problème d'assurer, dans la direction de fonctionne- ment, une liaison sans jeu de la partie mobile (prise) d'un potentiomètre de précision constituant un indicateur de course, avec une.pièce mobile de machine (organe de réglage). Il est caractérise en ce qu'une pièce de glissement sphérique est fixée sur l'une des pièces, tandis que sur l'autre pièce mobile est fixée une pièce antagoniste plane, avec un ressort de précontrainte agissant dans la direction de fonctionnement en vue d'obtenir une portée avec transmission d'effort entre la pièce de glissement et la pièce antagoniste. Il présente l'avantage que, malgré le grand nombre de déplacements relatifs possibles, qui couvrent tous les degrés de liberté de déplacement, et qui sont nécessaires pour une transmission correcte du mouvement de translations cette trans- mission du déplacement dans la direction de mesure s'effectue de façon absolument exempte de jeu. Un avantage particulier réside en ce que les pièces constituant le dispositif d'accou- plement ne sont pas sollicitées en clexion ou bien, du fait de leur disposition relative, ne peuvent pas être sollicitées en flexion. Le dispositif d'accouplement conforme à l'invention parvient à absorber des décalages en parallèle dans l'ensemble du plan de coordonnées X-Y aussi bien que des déplacements cir- culaires et plans, ainsi qu'un déplacement en zigzag, et bien entendu, la combinaison de tous ces déplacements, ce qui devrait 9tre le cas le plus fréquent. Il est évident, à ce sujet, que ces différents déplacements erratiques doivent absolument être d'une amplitude réduite. Mais, ils ne peuvent en aucun cas être pris en compte dans des systèmes d'indicateurs de mesure de haute précision, d'une part, à cause de l'imprécision qu'ils pourraient introduire dans la mesure et, d'autre part, à cause du risque de détériorations. D'autres mesures exposées plus loin permettent d'en- visager d'autres formes avantageuses et des améliorations du dispositif d'accouplement selon l'invention. Il est particulière- ment avantageux que l'un des éléments de l'accouplement, rela- tivement mobile par rapport à l'autre élémentd.accouplement, prenne appui, sous l'action d'un ressort, par l'intermédiaire d'une bille d'acier, sur une pierre rectifiée plane, de préfé- rence une pierre de saphir. Un autre exemple de réalisation avantageux de la présente invention, qui peut être, de préférence, mis en oeuvre avec un potentiomètre d'un dimensionnement plus important, réside en ce que la pièce de glissement sphérique est saisie des deux c8tés par des pièces antagonistes planes, une bille en acier étant également utilisée de préférence ici, et s'ap- pliquant des deux c8tés sur des pierres de saphir rectifiées. L'une de ces pierres de saphir est alors sous la précontrainte d'un ressort, si bien que la bille d'acier est maintenue sans aucun jeu entre les deux pierres de saphir. De cette façon, il est constitué entre la bille d'acier, d'une part, et les pierres de saphir des deux c8tés, d'autre part, une liaison à articula- tion, les pierres de saphir pouvant, par exemple, être montées dans le curseur sur le potentiomètre, tandis que l'organe de réglage faisant partie de l'élément de machine peut venir en prise sur la bille d'acier par l'intermédiaire d'un étrier. On voit que la bille en acier, prenant appui des deux c8tés sans jeu, grâce à la sollicitation du ressort sur l'une au moins des pierres de saphir, est apte à transmettre des déplacements de translation dans la direction de ces appuis, tout en étant maintenue de façon lâche selon chaque autre direction dans cette liaison à articulation. La bille d'acier peut ainsi, à l'intérieur de la cage constituée par les deux pierres de saphir, se déplacer, par exemple, de façon quelconque vers le haut, vers le bas, en avant et en arrière, effectuer un mouve- ment de rotation sur elle-même, ou bien capter des déplacements oscillants de l'étrier fixé sur elle, sans qu'il en résulte pour autant une modification de la course de translation à mesurer ou bien que celle-ci se trouve influencée. En consé- quence, l'actionnement du potentiomètre longitudinal jouant le r8le de capteur de course, peut s'effectuer sans que des efforts importants agissent sur le montage de ce potentiomètre. Un avantage particulier de la présente invention découle également de la dépense de montage notablement réduite car, après avoir obtenu un parallélisme d'une précision suffi- sante entre les deux parties mobiles sur le potentiomètre, d'une part, et sur l'élément de machine, d'autre part, la liai- son peut être effectuée immédiatement même par des spécialistes non entraînés, sans que cela aboutisse à des imprécisions de mesures ou à d'autres incidents, et même sans que cela implique d'influence désagréables à long terme. Il est alors avantageux que le saphir utilisé dans la présente invention, de préférence à l'acier ou à d'autres métaux, dont peut être constituée la pièce de glissement sphérique, présente des caractéristiques de glissement particulièrement bonnes. En d'autres termes, la bille d'acier, même dans le cas d'un usage très prolongé, ne s'imprime pas dans la surface d'appui rectifiée plane de l'un au moins des saphirs. Des exemples de réalisation de l'invention sont expliqués plus en détail dans la description qui va suivre, avec l'aide des dessins annexés représentant - la figure 1 montre, en perspective, le dispositif d'accouplement conforme à l'invention en une réalisation longi- tudinale en forme de tige, le potentiomètre et l'organe de réglage de la machine, n'étant pas représentés - les figures 2a et 2b sont respectivement une vue latérale et une vue de dessus du dispositif d'accouplement con- forme à l'invention dans son application à un potentiomètre longitudinal de plus grande dimension, disposant d'un curseur faisant saillie vers l'extérieur et sur lequel est monté le dispositif d'accouplement sur lequel vient, a son tour, en prise, l'organe de réglage de l'élément de machine. Le concept de base de la présente invention repose sur la notion que le dispositif d'accouplement reliant l'organe mobile du potentiomètre, a savoir le curseur ou la prise, avec l'élément de machine accomplissant un déplacement de réglage en translation, doit exclusivement transmettre en direction du mouvement de translation, un effort assurant une transmission sans jeu de la course et doit, dans l'ensemble des autres directions de déplacement concevables, fonctionner essentielle- ment de façon libre et sans effort, ainsi que son retour en arrière, afin que le potentiomètre ne soit pas sollicité par des efforts ou d'autres actions qui ne participent pas au dépla- cement de réglage souhaité, qui sont étrangères au sujet, qui sont imputables à des défauts d'alignement, et qui finalement provoquent des imprécisions de mesure et/ou des détériorations. Dans le cas du premier exemple de réalisation repré- senté en figure 1, le dispositif d'accouplement revgt la forme d'une tige, il présente une extension longitudinale prononcée et est désigné par 1. Ce dispositif d'accouplement convient notamment pour des potentiomètres longitudinaux, de dimensions réduites qui peuvent, par exemple, être constitués de façon telle que le prolongement 2a d'une première partie de tige 2 du dispositif d'accouplement, peut être une tige de traction du potentiomètre non représenté, qui s'étend à travers la totalité du corps du potentiomètre, est montée dans celui-ci, par exemple au moyen de douilles de glissement appropriées, et peut ainsi guider la prise montée contre elle à poste fixe sur la piste résistante du potentiomètre. Il est prévu une autre partie de tige 3 qui est en liaison absolument sans jeu avec la première partie de tige 2 uniquement dans la direction du déplacement de translation sou- haitée, mais qui, par ailleurs, dispose, dans toutes les autres directions, de possibilités d'évitement, si bien que, sur la première partie de tige 2 reliée au potentiomètre, un effort ne peut être exercé que dans la direction du déplacement de trans- lation à mesurer, c'est-à-dire une direction qui correspond à l'extension axiale de la tige d'accouplement 1. A son extrémité externe, la seconde partie de tige 3 comporte des possibilités de raccordement, à savoir, dans l'exemple de réalisation repré- senté, deux rondelles 4 et deux écrous 5a et 5b pour la fixa- tion sur le cÈté entrainement, par exemple pour la fixation directe sur l'élément mobile de machine ou l'organe de réglage qui accomplit le mouvement de translation. La première partie de tige 2 se transforpe, dans sa zone d'extrémité tournée vers la seconde partie de tige, en formant une articulation par l'intermédiaire d'un espace creux cylindrique 6, qui peut également etre constitué par un tube 7 au moins partiellement cylindrique ouvert des deux c8tés, vissé sur la première partie de tige 2 en S et comportant de l'autre c8té un ajour central circulaire 9. L'orifice 9 est délimité 33 par une collerette annulaire 10 annexée au corps creux cylindri- que, cette collerette comportant un épaulement lOa sur lequel prend appui l'extrémité d'un ressort de précontrainte 11, sur lequel on reviendra plus amplement ci-après. A travers l'orifice 9, le prolongement en forme de tige 12 de la seconde partie de tige 3, pénètre télescopiquemerit dans l'espace creux 6. Le pro- 6 2493434 longement 12 comporte alors, à son extrémité inférieure, une saillie annulaire 13 orientée vers l'extérieur, qui assure également l'appui du ressort de précontrainte Il sur l'autre c8té. Enfin, à l'extrémité inférieure du prolongement 12, qui porte également la saillie annulaire 13, une pièce de glisse- ment 14 est en outre fixée dans un support 15, ce support pou- vant être également une colle ou un ciment approprié, maintenant fermement la pièce de glissement 14. La pièce de glissement 14 est, de préférence, réalisée sous la forme d'une bille en acier durci qui s'applique sur une pièce antagoniste plane ou enclume 16 sous la pression du ressort de précontrainte 11. Dans l'exemple de réalisation préféré, il s'agit, pour la pièce antagoniste plane 16, d'une pierre de saphir maintenue dans une fixation appropriée 17 sur le fond de l'es- pace creux. Il est important de remarquer que le diamètre du prolongement 12 est inférieur, d'une quantité souhaitée et prédéterminée, au diamètre de l'orifice 9, à travers lequel la seconde partie de la tige pénètre télescopiquement dans l'espace creux 6. En outre, le diamètre de la saillie annulaire interne 13 sur la seconde partie de la tige est inférieur au diamètre interne de l'espace creux, également d'une valeur prédéterminée susceptible d'être ajustée. Comme le ressort de précontrainte 11 revet. dans ce case la forme d'un ressort de compressions il assure tout d'abord un appui absolument sans jeu de la bille d'acier durci 14 sur la surface plane de la pierre de saphir, si bien que la relation de distance axiale est établie une fois pour toutes. Il est évident, dans ce cas, que la force du res- sort de précontrainte 11 est déterminée de façon telle qu'elle puisse maintenir la bille en acier 14 avec sécurité sur la sur- face de la pierre de saphir contre toulte influence du frottement ou de l'accélération susceptible d'intervenir. Par ailleurs, le ressort de précontrainte 11 est susceptible de se prêter en direction radiale et, dans cette optique, ne possède pratique- ment pas de force de rappel, ou bien une force de rappel seule- ment négligeable, si bien qu'on peut voir que la seconde partie de tige 3 possède en pratique tous les degrés de liberté de déplacement concevables par rapport à la première partie de tige 2, et notamment selon un décalage en parallèle dans la direction du plan de coordonnées X-Y, si l'on part de la sup- position que la direction Z correspond au déplacement de trans- lation de mesure qui doit être transmis sans jeu. En outre, le dispositif d'accouplement conforme à l'invention permet le mouvement de rotation de la seconde partie de la tige autour de son axe central de façon correspondante à la flèche A, déplacement que l'on qualifie de déplacement circulaire, ainsi que tout type de déplacements en zigzag le long de la flèche B et qui peuvent être définis comme déplacements plans. Suivant tous ces degrés de liberté, la seconde partie de la tige est complètement relâchée libre par rapport à la première partie et ne transmet au potentiomètre aucun des efforts parasites résul- tant de ces déplacements. Grâce aux intervalles respectifs entre, d'une part, la saillie annulaire 13 et la paroi interne de l'espace creux, et, d'autre part, l'orifice de passage 9 et le prolongement 12 de la seconde partie de la tige, on est assuré, qu'à c8té d'un décalage en parallèle dans la direction X-Y des deux parties de tige relativement l'une par rapport à l'autre, des déplacements relatifs en zigzag sont également possibles, en tout cas jus - qu'à ce que la saillie annulaire 13, d'une part, et la colle- rette annulaire 9, d'autre part, viennent en contact avec l'emplacement opposé avec la paroi environnante ou bien le prolongement 12. On peut voir, qu'en cas d'un décalage en parallèle et d'une rotation (déplacement circulaire) de la seconde partie de la tige, il n'en résulte aucune modification de la position axiale, La modification possible de position axiale, dans le cas d'un déplacement en zigzag, est à négliger du fait du rayon idéal dans un cas d'application pratique et se situe à un ordre de grandeur inférieur à la précision de mesure du système. La bille d'acier durci, d'une part, qui glisse, d'autre part, sur une pierre de saphir plane, a été choisie pour maintenir à un niveau aussi réduit que possible les in- fluences du frottement et pour prévenir les phénomènes d'usure. Dans le cas du second exemple de réalisation repré- senté aux figures 2a et 2b, est indiquée une pièce mobile 20 du potentiomètre, lui-même indiqué schématiquement en 21, et représenté seulement en partie. La pièce mobile 20 peut être déplacée sur la totalité de la longueur du potentiomètre corres- pondant à la course à capter et entraîne, ce qui n'est pas représenté, vers l'intérieur et vers le bas, le curseur ou la 8 2493434 prise du potentiomètre. Vers le haut, la pièce mobile supporte le dispositif d'accouplement dont les éléments principaux sont également ici à nouveau constitués d'une pièce de glissement sphérique, à savoir une bille en acier durci 14', sur les deux c8tés de laquelle s'étendent des pièces antagonistes planes à savoir les pierres de saphir 16a' et 16b' qui, sur leurs faces tournées vers la bille d'acier 14', comportent une surface d'appui rectifiée, complètement plane et polie pour la bille d'acier 14'. Pour assurer un serrage sur et exempt de jeu de la bille en acier 14' entre les deux pierres de saphir 16a' et 16b', la première pierre de saphir 16a' est, par exemple, main- tenue immobile dans une fixation 22 appropriée et non représen- tée plus en détail, tandis que la pierre de saphir 16b' placée en face, est montée dans sa fixation 23 en étant susceptible d'être déplacée longitudinalement dans la direction de la bille en acier 14' et se trouve sous l'action d'un ressort de précon- trainte, représenté en 24. En conséquence, la fixation 23 ou bien la partie de fixation associée à cette pierre de saphir 16b', est munie d'un perçage interne 23a dans lequel se loge le ressort de précontrainte 24 et qui constitue simultanément le montage susceptible de se déplacer en glissant de la pierre de saphir 16b'. Il s'entend que cette pierre de saphir 16b' est, en principe, également, immobile dans son montage et est main- tenue essentiellement immobile, tandis que l'action de compres- sion exercée sur elle par l'intermédiaire du ressort de précon- trainte 24, est uniquement prévue pour qu'il en résulte des deux c8tés un appui complètement sans jeu de la bille d'acier 14' sur les deux surfaces de pierres de saphir. Les surfaces de pierres de saphir peuvent alors être étroitement insérées dans les zones de paroi associées de leur fixation partielle et constituent avec celles-ci un logement en forme de cage 25 pour la bille en acier 14', logement dans lequel cette bille en acier peut, dans toutes les autres directions concevables, et librement dans des limites de déplacement judicieuses, sans effort de rappel, être maintenus de façon lâche, se déplacer, tourner et accomplir des mouvements combinés en absorbant les efforts provoquant ces mouvements. Dans la représentation en vue de côté de la figure 2a et en vue de dessus de la figure 2b, la direction de mesure est indiquée par la double flèche Z, tandis que les doubles flèches Y et X représentent les possibi- 9 2493434 lités de déplacement quelconque dans le plan des coordonnées X-Y que la bille peut accomplir à l'intérieur de sa cage 25 en prenant appui sans jeu des deux c8tés sur les pierres de saphir. La double flèche B de la figure 2a indique alors à nouveau le déplacement de basculement ou bien en zigzag (voir figure 1), tandis que la flèche A indique des déplacements libres corres- pondant à des déplacements en rotation de la bille à l'intérieur de sa cage et pouvant être appelés déplacements circulaires. On voit qu'ici également la bille en acier 14' peut accomplir et accepter à nouveau des déplacements dans les directions X, Y, B et A et est montée en pratique librement. Les efforts parasi- tes résultant de ces déplacements en sont pas transmis au poten- tiomètre. Pour transmettre sur la pièce mobile 20 les déplace- ments en provenance, par l'intermédiaire de la bille d'acier 14', de l'organe de réglage de l'élément de machine non repré- senté sur les figures 2a, 2b, un étrier 26 peut être fixé sur la bille en acier 14', cet étrier comportant vers le haut un filetage externe sur lequel peuvent 9tre vissés des écrous de blocage-comme dans le cas de la représentation de la figure 1, qui servent à brider ou à saisir l'organe de réglage de l'élé- ment de machine. R E V E N D I C A T I 0 N S ) Dispositif d'accouplement pour assurer, dans la direction de fonctionnement, une liaison sans jeu de la partie mobile (prise) d'un potentiomètre de précision consti- tuant un indicateur de course, avec une pièce mobile de machine (organe de réglage), caractérisé en ce que, en vue de consti- tuer entre ces deux parties mobiles une liaison à articulation permettant des déplacements relatifs quelconques, y compris une rotation et des déplacements en zigzag, à l'exception de la translation dans la direction de fonctionnement, une pièce de glissement sphérique (14, 14') est fixée sur l'une des pièces, tandis que sur l'autre pièce mobile est fixée une pièce antagoniste plane (16; 16a', 16b'), avec un ressort de pré- contrainte (11, 24) agissant dans la direction de fonctionnement en vue d'obtenir une portée avec transmission d'effort entre la pièce-.de glissement et la pièce antagoniste. 2 ) Dispositif d'accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de glissement sphérique (14, 14') est une bille d'acier durci et qu'au moins une pièce anta- goniste plane (16; 16a', 16b') est constituée par une pierre de saphir rectifiée plane sur au moins celles de ces faces tour- nées vers la bille. 3 ) Dispositif d'accouplement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'entre la tige de traction (2a) du potentiomètre et la pièce de machine, il est prévu une tige de liaison (1) en deux parties, une première partie de tige (2) recevant télescopiquement la seconde partie de tge (3) tandis que le ressort de précontrainte (11) est disposé de façon telle que les deux parties de tige sont pressées l'une contre l'autre dans la direction de leurs étendues axiales (direction Z), la première partie de tige logeant dans le fond de son perçage la pièce de glissement ou la pièce antagoniste, tandis que la se- conde partie de tige supporte à son extrémité la pièce antago- niste ou la pièce de glissement. 40) Dispositif d'accouplement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première partie de tige (2) comporte un espace creux (6) avec un orifice supérieur de passage (9) pour la seconde partie de tige (3), la bride annulaire (10) délimitant l'orifice de passage (9) de la première partie de tige (2) constituant simultanément un premier appui (loa) pour le ressort de précontrainte (11) qui prend appui par son autre extrémité sur une saillie annulaire inférieure (13) de la se- conde partie de tige (3). ) Dispositif d'accouplement selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'entre la saillie annulaire (13) sur la seconde partie de la tike et la paroi interne de l'espace creux de la première partie de la tige, d'une part, ainsi que d'autre part, entre l'orifice de passage (9) et le prolongement (12) de la première partie (2) de la tige, il est respectivement main- tenu un intervalle prédéterminé, de façon qu'à l'intérieur de ces limites, un décalage en parallèle et des déplacements en zig- zag de la seconde partie de la tige par rapport à la première, soient possibles. 6 ) Dispositif d'accouplement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un curseur (20) du potentiomètre (21) constitue une cage (25) pour loger la pièce de glissement sphérique (14'), cette cage comportant des pièces antagonistes planes (16a', 16b') placées l'une en face de l'autre et rece- vant entre elles, dans l'axe de la direction de travail, la pièce de glissement sphérique (14'). ) Dispositif d'accouplement selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'une (16a') des pierres de saphir, constituant les pièces antagonistes placées l'une en face de l'autre dans la direction de fonctionnement, est immobile dans sa fixation (23), tandis que l'autre pierre de saphir (16b') est montée sous l'action d'un ressort de précontrainte (24), qui la pousse en direction de la bille d'acier durci (14') dis- posée entre les deux pierres de saphir. 8 ) Dispositif d'accouplement selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la cage (25) pour le logement de la bille d'acier (14') comporte de tous côtés un espace libre suffisant pour permettre des déplacements relatifs de la bille d'acier dans la direction des aces de coordonnées X et Y, pour des déplacements en zigzag et des déplacements circulaires de cette bille, cependant que l'organe de réglage de la pièce mobile de la machine, dont la course de translation doit être mesurée, vient en prise par l'intermédiaire d'un étrier (26) sur la bille d'acier. 9 ) Dispositif d'accouplement selon l'une des reven- dications 6 à 8, caractérisé en ce que la pierre de saphir (16'b) il 12 2493434 se trouvant sous l'action du ressort de précontrainte (24) est maintenue dans son montage (23) de façon à ne pas se coincer.