Brevet FR2529332A1 — publié le 19831230

L'invention se rapporte à une cellule dynamométri- que à gyroscope comprenant une carcasse et un gyroscope sus- pendu dans cette carcasse de façon à être soustrait à l'ac- tion des forces, au moyen d'un cercle de Cardan intérieur et d'un cercle de Cardan extérieur, dans lequel une force géné- ratrice de couple appliquée à l'axe de rotation du gyroscope engendre, comme grandeur de mesure, un mouvement de préces- sion autour de l'axe de précession dont la vitesse est pro- portionnelle à la force, cette cellule étant munie d'un dis- positif servant à introduire la force à partir d'un capteur de charge qui n'accompagne pas la précession, par l'intermé- diaire d'un organe de transmission qui accompagne la préces- sion, et qui est monté, sur l'axe de précession, dans un pa- lier de rotation On connait déjà, entre autres, par la de- mande de brevet de la R F A publiée sous le numéro DE-OS 29 19 702, une cellule dynamométrique à gyroscope dans laquelle le mouvement de précession engendré par la force à mesurer, autour de l'axe vertical d'un gyroscope, est utilisé pour me- surer cette force, laquelle est appliquée directement ou in- directement à la partie qui n'accompagne pas la précession d'une suspension de la cellule dynamométrique à gyroscope montée de façon à pouvoir tourner autour-de l'axe vertical. Dans cette cellule, la partie de cette suspension qui accompagne la précession est articulée sur la cage inté- rieure et sur la cage extérieure du gyroscope par des bandes respectives Une forme de réalisation prévoit que les bandes reliées à la cage intérieure du gyroscope croisent les ban- des fixées à la cage extérieure du gyroscope. Le dispositif connu est manifestement instable, avec pour conséquence désavantageuse de conduire à la décom- pensation du système de mesure et, de ce fait, à des erreurs de mesure, en réponse à l'influence de forces extérieures, en particulier transversales Par ailleurs, le dispositif connu est sensible à l'application d'une charge qui n'est pas exactement coaxiale à l'axe de précession En outre, la différence allongement des bandes résultant d'une variation de température conduit à écarter l'axe de rotation du palier tournant de l'axe de précession et, de cette façon, à rendre asymétrique l'application de la charge et à engendrer en con- séquence des erreurs de mesure; finalement toute inclinai- son, même très faible, de l'axe de rotation du gyroscope, en- tratne les mêmes conséquences désavantageuses. L'invention se donne pour but de fournir un dispo- sitif d'introduction de la force, qui soit considérablement amélioré et perfectionné comparativement à l'état de la tech- nique, pour une cellule dynamométrique à gyroscope équipée d'un gyroscope suspendu de façon à être soustrait à l'action des'forces En particulier, l'invention vise à faire en sor- te que l'introduction de la force soit simplifiée comparati- vement aux dispositifs connus et que, en même temps, cette introduction présente une plus faible sensibilité à l'influ- ence des forces extérieures et/ou d'une application de la charge asymétrique ou qui se produit avec une légère incli- naison sur la direction de l'axe de précession Finalement, l'invention vise à faire en sorte que le dispositif possède un moment d'inertie aussi faible que possible autour de l'axe de précession. Selon l'invention, le problème est résolu, dans une cellule dynamométrique à gyroscope du genre cité au dé- but, munie d'un dispositif servant à introduire la force à partir d'un capteur de charge qui n'accompagne pas la préces- sion et par l'intermédiaire d'un organe de transmission qui accompagne la précession et qui est monté sur l'axe de pré- cession, dans un palier de rotation, par le fait que le pa- lier de rotation est articulé sur la carcasse et guidé par des biellettes pour se déplacer coaxialement à l'axe de pré- cession et par le fait que l'organe de transmission comprend un arbre qui tourillonne dans le palier et est muni d'un bras de charge sensiblement radial, ainsi qu'un élément de transmission de la force qui relie le bras de charge au cer- cle de Cardan intérieur et également par le fait que le bras de charge, l'élément de transmission de la force, l'axe de rotation et l'axe de précession se trouvent sensiblement dans un même plan. Grâce au fait que, selon l'invention, le palier est articulé sur la carcasse et guidé par des biellettes pour se déplacer coaxialement à l'axe de précession, on dis- pose avantageusement pour la transmission de la force d'une charge à l'équipage de la cellule dynamométrique à gyrosco- pe, d'un guidage extrêmement simple, par conséquent s Gr dans son fonctionnement et insensible à l'influence des forces ex- térieures et de l'application asymétrique de la charge. D'autres avantages résultent de la grande simpli- cité de la disposition du bras de charge radial et de sa li- aison avec le cercle de Cardan intérieur du gyroscope réali- sée par l'intermédiaire de l'élément de transmission de la force. Le fait que le bras de charge, l'élément de trans- mission de la force, l'axe de rotation et l'axe de préces- sion se trouvent sensiblement dans un même plan, réduit la complexité du dispositif d'introduction de la force et opti- mise son fonctionnement. La modicité des moyens mécaniques et, par consé- quent, de la masse, apporte comme autre avantage, un moment d'inertie extrêmement faible autour de l'axe de précession et, en conséquence, une sensibilité pratiquement dépourvue d'inertie de la cellule dynamométrique à gyroscope, en parti- culier dans le cas des changements de charge spontanés. On obtient une forme avantageusement simple de ré- alisation avec une disposition dans laquelle le bras de char- ge, l'élément de transmission de la force, l'axe de rotation et l'axe de précession forment dans un plan commun une confi- guration qui représente sensiblement un rectangle. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, les biellettes, constituées par des biellettes doubles paral- lèles, sont articulées sur la carcasse l'une au-dessous de l'autre dans la direction parallèle à l'axe de précession; la carcasse, les biellettes et le bottier du palier de rota- tion sont reliés entre eux par des articulations dont les axes sont perpendiculaires à un plan qui contient l'axe de précession Finalement, l'élément de transmission de la for- ce est un élément de liaison sans élasticité dans la direc- tion de la traction mais élastique dans la direction trans- versale à la traction, comme par exemple, un feuillard, un fil, une suspente, et qui est de préférence muni d'un raidis- seur. Les figures du dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, feront mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée Sur ce dessin, la figure 1 est une vue en perspective de la cel- lule dynamométrique à gyroscope équipée d'un dispositif d'in- troduction de la force selon l'invention; la figure 2 est une représentation schématisée de la cellule dynamométrique à gyroscope munie du dispositif d'introduction de la force selon l'invention, représentée en partie en élévation et en partie en coupe; la figure 3 représente une cellule dynamométrique à gyroscope selon la figure 2 mais avec une autre disposi- tion des biellettes. Dans la cellule dynamométrique à gyroscope selon la figure 1, une poutre 1 ', à peu près horizontale est mon- tée sur une carcasse 1 Cette poutre porte à son extrémité, dans une articulation de rotation 3, un arbre 4 à axe verti- cal Cet axe représente en même temps l'axe de précession P du gyroscope A l'arbre 4, est fixée la cage extérieure 2 du gyroscope qui, de cette façon, peut tourner sur l'axe de pré- cession autour de l'axe vertical de l'articulation de rota- tion 3 Cette cage présente deux tourillons horizontaux 5, ' à l'aide desquels la cage intérieure 7 du gyroscope est montée pour osciller dans la cage extérieure 2 Les touril- lons 5, 5 ' définissent l'axe de Cardan Kl pour la cage inté- rieure 7 qui peut osciller autour de cet axe L'arbre 6 du gyroscope est monté de façon à pouvoir tourner dans la cage intérieure 7 du gyroscope, sur un axe de gyroscope K 2 perpen- diculaire à l'axe de Cardan Kl Cet arbre porte le gyroscope 8 qui, de cette façon, est suspendu en étant soustrait à l'action des forces dans toutes les directions Au pied de la carcasse 1, sont montées des biellettes 14, disposées l'une au-dessus de l'autre suivant un certain écartement, dans des charnières 15 Aux extrémités avant des biellettes 14, se trouvent des charnières 15 ' auxquelles le bottier 12 du palier est articulé de manière à pouvoir se déplacer ver- ticalement parallèlement à l'axe de précession P Dans le bottier 12 du palier est monté, mobile en rotation, l'arbre 9 de transmission de la force qui accompagne la précession du gyroscope 8 Cet arbre porte le bras de charge 10 dans une disposition à peu près horizontale Ce bras est articulé sur la cage intérieure 7 du gyroscope au moyen de l'élément de transmission de la force 11 Au-dessous du bottier 12 du palier de rotation, se trouve un élément 16 d'application de la charge, qui n'accompagne pas le mouvement de précession, par exemple, un couteau. La figure 2 montre la même disposition par un schéma de principe La carcasse 1 présente dans sa partie su- périeure l'articulation de rotation 3 Dans cette dernière tourillonne librement l'arbre 4 Cet arbre porte la cage ex- térieure 2 du gyroscope à son extrémité inférieure La cage intérieure 7 du gyroscope est montée oscillante dans cette cage extérieure, sur l'axe de Cardan Kl Cette cage reçoit coaxialement à l'axe de gyroscope K 2 l'arbre 6 du gyroscope, qui porte le gyroscope 8 Sur le pied de la carcasse 1, se trouvent les charnières 15 à l'aide desquelles les biellet- tes 14 sont articulées Sur les biellettes est articulé, au moyen de charnières 15 ', le bottier de palier 12 dans lequel l'arbre 9 de transmission de la charge est monté librement rotatif L'élément 16 d'application de la charge est fixé au bottier de palier 12, au-dessous de ce dernier A l'arbre 9 de transmission de la charge est fixé le bras de charge 10. Ce bras est relié, par l'intermédiaire de l'élément de trans- mission de la charge 11, à la cage intérieure 7 du gyrosco- pe, plus précisément, au niveau du palier de l'arbre 6 du gy- roscope. La représentation de la figure 2 fait ressortir clairement la simplicité de l'introduction de la force à par- tir d'un élément 16 d'application de la charge, qui n'accom- pagne pas la précession, qui agit dans une direction parallè- le à l'axe de précession P, par l'intermédiaire de l'arbre 9 de transmission de la charge, lequel accompagne la préces- sion et porte le bras de charge 10 et l'élément 11 servant à transmettre la force à l'arbre 6 du gyroscope 8 L'agence- ment selon l'invention atteint, avec un minimum de compo- sants distincts, agencés dans une disposition rationnelle et peu compliquée, et, par suite, avec un minimum d'éléments en- gendrant une inertie, une transmission de force à l'arbre 6 du gyroscope qui est absolument correcte, exempte de dé- fauts, et qui ne peut pas être influencée par des forces ex- térieures ni par une application asymétrique de la force. La disposition selon la figure 3 ne se distingue de la forme de réalisation de la figure 2 que par l'articula- tion du bottier 12 du palier Ici, deux biellettes 14 et 14 ' sont articulées sur la carcasse 1 à l'aide de charnières 15, ', dans un plan qui contient l'axe de précession P ces biellettes étant placées face à face l'une au-dessous de l'autre, c'est-à-dire à des hauteurs différentes Elles sont reliées entre elles par un élément de liaison 19, par l'in- termédiaire de deux articulations 18 disposées l'une au-des- sous de l'autre sur l'axe de précession P Le bottier de pa- lier 12 est de son côté articulé sur les biellettes 14, 14 ', au moyen d'un dispositif à trois articulations, par l'inter- médiaire des articulations 17, 17 ', 17 ", et avec l'auxiliai- re d'un élément intermédiaire 20 monté oscillant, et ceci de telle manière que ce bottier soit guidé exactement sur l'axe de précession P avec mobilité verticale Cette disposition est légèrement plus compliquée que celle représentée à la fi- gure 2 Elle présente des avantages en ce qui concerne la précision du guidage dans le cas de déplacements finis du bottier de palier 12 et elle est par ailleurs préférée pour la transmission de forces relativement grandes. Lorsque, dans l'un des exemples de réalisation re- présentés, une force extérieure agit sur l'élément 16 d'ap- plication de la force, cette force se transmet, par suite du guidage du bottier de palier 12 mobile dans la direction ver- ticale, à l'arbre 9 d'application de la charge qui tourillon- ne dans ce bottier de palier coaxialement à l'axe de préces- sion P et, au-delà, par l'intermédiaire du bras de charge 10 et de l'élément ll de transmission de la force, à l'arbre E du gyroscope 8 A ce moment, il s'exerce sur l'arbre 6 du gy- roscope un couple qui tend à faire dévier le gyroscope 8 de son plan de rotation Ce couple provoque une précession du système gyrodynamique autour de l'axe de précession P qui se trouve sur l'axe de rotation de l'arbre 4 Etant donné que, dans le cas d'un moment d'inertie négligeable, la précession autour de l'axe de précession P s'effectue à une vitesse qui est exactement proportionnelle à la charge agissant en 16, la charge peut être mesurée directement par l'intermédiaire de la vitesse du mouvement de précession. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être dé- crits, notamment par substitution des moyens techniques équi- valents, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 Cellule dynamométrique à gyroscope, compre- nant une carcasse et un gyroscope suspendu dans cette carcas- se en étant soustrait à l'action des forces, à l'aide d'un cercle de Cardan intérieur et d'un cercle de Cardan exté- rieur, gyroscope dans lequel une force génératrice de couple appliquée à l'axe de rotation du gyroscope engendre comme grandeur de mesure, un mouvement de précession autour de l'axe de précession dont la vitesse est proportionnelle à la force, cette cellule étant munie d'un dispositif servant à introduire la force à partir d'un capteur de charge qui n'ac- compagne pas la précession et par l'intermédiaire d'un orga- ne de transmission qui accompagne la précession et qui est monté sur l'axe de précession dans un palier de rotation, cette cellule étant caractérisée en ce que le palier de rota- tion ( 13) est monté dans un bottier de palier de rotation ( 12), articulé sur la carcasse Cl) et guidé par des biellet- tes ( 14, 14 ') pour se déplacer coaxialement à l'axe de pré- cession (P) et en ce que l'organe de transmission comprend un arbre ( 9) qui tourillonne dans le palier de rotation ( 13) et est muni d'un bras de charge sensiblement radial ( 10), ainsi qu'un élément ( 11) de transmission de la force, qui re- lie le bras de charge ( 10) au cercle de Cardan intérieur ( 7)- 2 Cellule dynamométrique à gyroscope selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bras de charge ( 10), l'élément ( 11) de transmission de la force, l'axe de rotation (R) et l'axe de précession (P) se trouvent sensible- ment dans un même plan. 3 Cellule dynamométrique à gyroscope selon l'u- ne des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le bras de charge ( 10), l'élément ( 11) de transmission de la force, l'axe de rotation (R) et l'axe de précession (P) forment dans le plan commun une configuration qui représente sensi- blement un rectangle. 4 Cellule dynamométrique à gyroscope selon l'u- ne quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les biellettes ( 14) forment un ensemble de deux biellet- tes parallèles et sont articulées l'une au-dessous de l'au- tre sur la carcasse ( 1) dans une direction parallèle à l'axe de précession (p). 5 Cellule dynamométrique à gyroscope selon l'u- ne quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'au moins deux biellettes ( 14, 14 ') sont articulées sur la carcasse ( 1) à des hauteurs différentes, face à face, dans un plan qui contient l'axe de précession (P) et sont reliées l'une à l'autre par un élément de liaison ( 19), par l'inter- médiaire de deux articulations ( 18) disposées l'une au-des- sous de l'autre sur l'axe de précession (P), et en ce que le bottier ( 12) du palier de rotation est relié aux biellettes ( 14, 14 ') par l'intermédiaire d'un dispositif à trois articu- lations ( 17, 17 ', 17 "). 6 Cellule dynamométrique à gyroscope selon l'u- ne quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la carcasse ( 1), les biellettes ( 14, 14 ') et le bottier ( 12) du palier de rotation sont reliés entre eux par des ar- ticulations ( 15, 15 ', 17, 17 ', 17 ", 18) dont les axes sont perpendiculaires à un plan qui contient l'axe de précession (P). 7 Cellule dynamométrique à gyroscope selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément ( 11) de transmission de la force est un élément de liaison sans élas- ticité dans la direction de la traction mais élastique dans la direction transversale à la traction comme, par exemple, un feuillard, un fil, une suspente, et qui est de préférence muni d'un raidisseur ( 11 ').