Brevet FR2514438A1 — publié le 19830415

Système d'articulation de mouvements, applicable à des unions articulables. Il existe déjà des systèmes permettant d'obtenir des mouvements articulés (par exemple pour des lampes, structures et meubles pliants, etc), mais ces systèmes, bien qu'ils se fondent sur des bases ou solutions mécaniques, offrent entre autres, les inconvénients suivants: a) Ils requièrent une structuration complexe, généra- lement avec des multiples articulations. b) Une fois qu'ils sont construits, on ne peut plus varier leur résistance, ils ne sont donc utiles que pour un type déterminé de sollicitations. c) Pour de fortes sollicitations, les articulations doivent être très volumineuses. Tous ces inconvénients sont éliminés grâce au système d'articulation de mouvements, objet de cette invention, qui possède une base mécanique (force de friction entre plusieurs corps en contact) et une structuration totalement nouvelle per- mettant un rapport maximum entre la force de friction et la surface de contact. Etant donné que normalement l'objet qu'on veut doter d'une articulation a une structure tubulaire, il faut obtenir un point d'articulation dans ce tube. L'idée générale de ce système est de diviser le tube en deux parties, en provoquant, à l'aide des éléments élastiques, des efforts de friction entre les deux parties ou entre les deux parties et une troisième leur servant d'union. Ce système implique notamment la déformation élastique de deux corps, généralement tubulaires, la déformation de l'un d'eux étant plus grande que celle de l'autre, de manière à permettre l'inclusion de l'un dans l'autre. Dans une variante, la plus grande déformation est rempla- cée par un troisième tube à l'intérieur duquel se trouvent les plus petites déformations des deux corps ci-dessus. On peut avoir n'importe quelle déformation, même une déformation sphérique. Dans un cas particulier, l'extrémité de la déformation du corps emboîté peut faire une butée avec l'intérieur du début de la déformation emboîtante, alors que l'extrémité de la déformation emboitante, fermée sur elle-même, et formant un angle, serre l'extérieur du début de la déformation emboî- tée. Dans cette sorte de boîtier élargi que nous venons de décrire, on introduit des éléments de pression qui fournissent la force de friction requise par l'articulation. Cette force élastique est fonction de la flèche élastique et elle dépend aussi de la façon de placer les rondelles et de leurs caractéristiques physiques, comme nous le détaillons plus loin. Cette force de friction tend à éviter la rotation entre les corps tubulaires, cette articulation restant statique à condition qu'il n'existe pas de force appliquée supérieure à la force de friction citée. Suivant une autre caractéristiques de l'invention, avec un même dimensionnement dans la déformation élastique des corps -boîtier on peut obtenir des rigidités différentes dans l'articulation, tout en ne variant que le nombre et/ou la posi- tion des rondelles élastiques (ou, le cas échéant, la constante élastique du ressort) insérées dans le système articulé. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les unions articulées sont obtenues en introduisant des écrous dans les extrémités des corps tubulaires, unis entre eux grâce à un segment d'un plus grand diamètre. Dans l'explication pratique suivante de cette invention on a représenté les particularités et les éléments formant, par exemple, le bras articulé d'une lampe. La figure 1 représente une section de deux corps 1 et 2 dans leur zone constituant une articulation suivant le système préconisé. La figure 2 représente une vue sectionnée (avec les corps 1 et 2 déjà élargis dans cette zone) et un bon nombre de rondel- les élastiques 3; tout cela en position de montage. La figure 3 représente une union articulée suivant le système de l'invention. La figure 4 représente une union articulée similaire à celle qui est représentée sur la figure précédente, mais avec les rondelles élastiques 3 disposées différemment. La figure 5 représente une construction possible du système d'articulation de mouvements objet de notre inven- tion, qui comporte un ressort 4 remplaçant les rondelles é- lastiques 3. La figure 6 représente une solution constructive du système d'articulation de mouvements objet de notre inven- tion, qui comprend une douille 5 facilitant l'emboîtement et le serrage des rondelles élastiques 3. La figure 7 représente un diagramme dans lequel on voit l'interdépendance fonctionnelle de la force P et de la course élastique f pour les rondelles 3. Nous décrivons par la suite, avec référence aux plans annexés, le système pour l'articulation de mouvements, objet de notre invention. On part de deux corps 1 et 2 qu'on veut doter d'un mou- vement relatif entre eux. Ces deux corps 1 et 2 qui doivent se mettre face à face vont subir une déformation élastique qui provoquera les élar- gissements 10 et 20 respectivement Ces déformations se font par n'importe quel moyen connu et en particulier par emboutis- sage. Les déformations obtenues se comportent de la manière suivante Le bout de l'extrémité du corps 1 est plié formant un angle qui serre par l'extérieur le corps 2 au niveau de l'in- flexion en angle formé au point d'élargissement de sa section Le corps emboîté 2 présente une extrémité droite qui peut buter à l'intérieur contre l'inflexion en angle formée au point d'élargissement de la section 10 du corps 1. Dans l'espace élargi qui se forme à l'intérieur de cette union articulée, on monte des éléments de pression matériali- sés dans cette réalisation pratique représentée sur les figures 3, 4 et 6 par des rondelles élastiques 3 Ces rondelles élas- tiques 3 exercent une pression sur les parois de l'élargisse- ment, ce qui provoque une force de friction entre les tubes, supérieure au couple de forces créé par le corps qui est uni à l'aide d'articulations à travers des bras 1 et 2, de sorte que l'articulation reste statique (les bras 1 et 2 sans mouvement relatif entre eux) tant qu'une force supérieure à la force de friction citée auparavant n'est pas appliquée. La force de friction générée dépend des caractéristiques physiques de chaque rondelle élastique 3 Chacune de ces ron- delles élastiques 3 fournit un effort élastique déterminé par la formule générale: P= 234 f h-f h 5 P = 92300 (, D 2 S S S s avec: P= force élastique de la rondelle 3. D= diamètre extérieur. S= épaisseur. h= hauteur intérieure du cône tronqué-sans charge. "= valeur caractéristique (dépend du rapport D/d) La force de friction P générée dépend de la course élas- tique f et de la disposition des rondelles élastiques 3. En représentant ainsi, suivant la figure 7, en abcisses les valeurs de la course élastique f et en ordonnées les valeurs de la force P. P étant l'angle formé par la valeur fonctionnelle à chaque point avec l'axe des ordonnées, nous avons: P Pour une seule rondelle élastique 3 tg R =_ = 1 Pour des rondelles élastiques 3 emboîtées fdans un même sens voir l'une des semi-parties symétriques sur la figure 4; tg P = P -1 f Pour des rondelles élastiques 3 emboîtées en sens con- traires l'une par rapport à l'autre voir figure 3, tgg = 1 (qu'elles soient isolées ou en groupe). f Des expériences ont démontré que la disposition la plus perfomante des rondelles élastiques 3 est celle qui est re- présentée sur la figure 4, position grâce à laquelle on obtient aussi une répartition plus soutenue des efforts Pour cette disposition tg A = 'P 0,25. f L'union articulée se termine, suivant le système pré- conisé, par des encoches de finition 101 qui, faites sur le bras 1, empêchent leur déplacement axial, tandis que la zone terminale 201 de l'autre bras 2 vient buter contre l'infle- xion de l'élargissement (voir figures 3 à 6). Dans cette invention est prévue l'inclusion d'un ressort 4 -ou n'importe quelle solution élastique similaire pour remplacer les rondelles élastiques 3 de cette invention sans modifier ses caractéristiques voir figure 5- L'inclusion d'un ressort 4 dans cette invention déplace le point de géné- ration des efforts qui se concentrent sur les zones extrêmes du boîtier formé par les élargissements 10, 20 o on a fait les encoches de finition 101, 201. Notre invention prévoit également, dans une autre cons- truction représentée sur la figure 6, l'inclusion d'une douil- le 5 Il peut aussi y avoir une autre douille dans le bras 2. Cette douille 5, conique ou de préférence cylindrique, d'un diamètre variable, a une extrémité dont le diamètre "d" co ncide sensiblement avec celui de l'un des bras 1 alors que l'autre extrémité a un diamètre "D" qui coi'ncide avec le dia- mètre du segment élargi de l'autre bras 2 -voir figure 6-. De cette manière, en introduisant cette douille 5, on facilite l'emboîtement et le serrage des rondelles élastiques 3 compri- mées à l'intérieur de la zone élargie. R E V E N D I C A T I O NS 1 Système pour articulation de mouvements, applicable à des unions articulables, caractérisé par: a) Deux corps (-1 et 2) à articuler avec leurs extré- mités élargies en section, b) les systèmes d'union ( 101) des deux extrémités élargies, c) les systèmes élastiques ( 3) mis par pression en- tre les deux extrémités élargies. 2 Système pour articulation de mouvements, applicable à des unions articulables selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que les systèmes d'union des deux extrémités élargies sont formés d'un élément tubulaire dont les bouts ( 101) serrent les extrémités élargies des deux corps ( 1 et 2) à articuler. 3 Système pour articulation de mouvements, applicable à des unions articulables selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que les extrémités des deux corps ont des élargissements ( 10, 20) d'une section différente, l'extrémité la plus large étant suffisamment élargie pour y introduire l'extrémité la moins élargie. 4 Système pour articulation de mouvements, applicable à des unions articulables selon l'ensemble des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que les systèmes d'union ( 101) correspondent à une déformation de l'extrémité du plus grand élargissement ( 10), qui se ferme sur elle-même en formant un angle et en serrant l'extérieur du début de la plus petite déformation. Système pour articulation de mouvements, applicable à des unions articulables selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que les éléments élastiques ( 3) sont consti- tués d'une serie de rondelles élastiques montées l'une contre l'autre dans le boîtier formé par les deux extrémités élargies, de sorte que la force de f-icíon générée est fonction de la course élastique et dépend: a) des caractéristiques physiques de chaque rondelle et, b) de la disposition des rondelles. 6 Système pour articulation de mouvements, applicable à des unions articulables, selon la revendication 5, caracté- risé par le fait que la force de friction de chaque rondelle élastique ( 3) est déterminée par le formule P = 92300 5 f (h _ 025) 2 S S S s avec: P= force élastique de chaque rondelle. D = diamètre extérieur. d = diamètre intérieur. s = épaisseur. h = hauteur intérieure du cône tronqué sans charge. f = course élastique. "= valeur caractéristique, dépendant du rapport D/d. 7 Système pour articulation de mouvements, applicable à des unions articulables, selon l'ensemble des revendications précédentes, caractérisé par le fait que P/f P = force élastique de chaque rondelle. f = course élastique. 8 Système pour articulation de mouvements, applicable à des unions articulables, selon les revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que P/f> 1 avec: P = force élastique de chaque rondelle. f = course élastique. 9 Système pour articulation de mouvements, applicable à des unions articulables, selon la revendication 1, caractéri- sé par le fait que les systèmes élastiques sont formés d'un ressort ( 4). Système pour articulation de mouvements, applicable à des unions articulables, selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que la force de friction est distribuée de manière uniforme et continue tout au long de la paroi interne du bottier élargi ( 20). 11 Système pour articulation de mouvements, applicable à des unions articulables, selon l'ensemble des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on dispose une douille ( 5) de section variable, placée au début de l'un des élargis- sements au moins et sur laquelle font butée les noeuds élas- tiques. 12 Système pour articulation de mouvements, applicable à des unions articulables.