Brevet FR2567603A1 — publié le 19860117

La présente invention se rapporte à des dispositifs amortisseurs du type utilisé pour régulariser le mouvement de sortie de moteurs pas à pas et elle a trait plus particu- lièrement à un dispositif de ce type qui est bon marché et est approprié pour être utilisé avec des moteurs pas à pas produisant un mouvement de sortie rotatif. Les moteurs pas à pas, du fait qu'ils sont essentielle- ment d'une nature numérique, sont largement utilisés dans les appareils commandés par ordinateur pour entraîner des organes dans des situations dans lesquelles une commande precise du déplacement est nécessaire. Par exemple, on uti- lise fréquemment des moteurs pas à pas pour entrainer les chariots X et Y d'un traceur de courbes afin de positionner avec précision une plume enregistreuse ou autre instrument par rapport à une surface d'enregistrement. Cependant, un inconvénient des moteurs pas à pas réside en ce que, du fait de leur excitation pas à pasil se produit un certain degré d'oscillation de l'induit du moteur à la fin de chaque pas. L'importance de cette oscillation est le plus souvent accep- table à la plupart des fréquences d'excitation mais, lorsque la fréquence d'excitation s'approche et atteint la fréquence de résonance du moteur, l'oscillation peut devenir excessive. Pour résoudre ce problème, divers dispositifs d'amortis- sement des vibrations ont été proposés dans le passé en vue d'être utilisés avec les moteurs pas à pas. Un de ces dispo- sitifs est représenté, par exemple, dans le brevet des EUA n 3 656 014 suivant lequel,pour un moteur pas à pas linéaire, une masse inertielle est accouplée à l'induit du moteur par l'intermédiaire d'un organe visco-élastique. La présente invention a pour but de réaliser un disposi- tif amortisseur qui utilise,dans l'ensemble,le même principe d'amortissement que le brevet des EUA n 3 656 014, bien qu'il ne comporte pas nécessairement un quelconque organe produisant une visco-élasticité, approprié pour être utili- sé avec un moteur pas à pas rotatif et susceptible d'être fabriqué à bon marché à partir d'éléments courants que l'on peut facilement se procurer. A cette fin, l'invention a pour objet un dispositif amor- tisseur conçu pour être utilisé avec un moteur pas à pas rotatif constitué par un simple dispositif de roulement à corps roulants insérés entre deux pistes de roulement,de préférence, mais non nécessairement,un dispositif de roule- ment à aiguilles,ayant une bague de roulement intérieure conçue pour être fixée à l'arbre du moteur et une bague de roulement extérieure portant une masse inertielle. Le dispo- sitif de roulement, au lieu d'être rempli d'un lubrifiant qui serait normalement utilisé dans le roulement pour ses applications classiques, est rempli d'une matière, telle qu'un mélange à base de silicone,qui a une viscosité relati- vement élevée, qui reste approximativement constante sur un large intervalle de température de fonctionnement. Pendant le fonctionnement du moteur, l'interaction entre la matière de remplissage et les corps roulants insérés entre les deux bagues de roulement et les bagues de roulement intérieure et extérieure produit un effet d'accouplement visqueux,qui com- biné avec l'effet initial de la Lasse inertielle,a un effet d'amortissement avantageux sur l'induit du moteur. D'autes buts et avantages de l'invention apparairont à la lecture de la decription détaillée qui va suivre et à l'examen des dessins annexes dans lesquels: la Fig. 1 est une vue en perspective montrant le moteur pas à pas muni d'un dispositif amortisseur mettant en oeuvre l'invention; la Fig. 2 est une vue en perspective, avec coupe, du dispositif amortisseur de la Fig. 1; la Fig. 3 est une vue partielle, en coupe, du disposi- tif amortisseur de la Fig. 1,prise suivant un plan diamétral; la Fig. 4 est une vue partielle, en coupe, à plus grande échelle, du roulement du dispositif amortisseur, prise sui- vant la ligne 4-4 de la Fig. 3. On se référera maintenant aux dessins et tout d'abord à la Fig. 1 sur laquelle on a représenté un moteur pas à pas rotatif classique 10 qui comporte un carter 12 de forme géné- rale cylindrique et un arbre de sortie 14 qui peut tourner par rapport au carter autour d'un axe central 16,comme indi- qué par une flèche 18. L'arbre de sortie est fixé à l'induit ou rotor du moteur qui est contenu à l'intérieur du carter 12 et qui coopère avec un stator qui est également contenu dans le carter et qui porte des enroulements excité par des courants qui leur sont appliques de manière pas à pas au moyen d'un groupe de conducteurs 20. Dans l'exemple repré- senté, l'arbre de sortie 14 s'étend au-delà des deux extré- mités du carter 12; un engrenage de sortie 22 qui entraîne une charge associée représentée par un engrenage 24 est calé sur l'extrémité inférieure de l'arbre, l'extrémité supérieure de l'arbre 14 portant un dispositif amortisseur, désigné par la référence générale 26, qui met en oeuvre la présente in- vention. Bien qu'on ne l'ait pas représenté, il est évident que le carter du moteur est fixe et qu'il est porté par une structure support appropriée quelconque de l'appareil avec lequel il est utilisé, structure à laquelle il est fixé. Le dispositif amortisseur 26 sert à amortir ou à ré- duire la grandeur des oscillations indésirables de l'arbre de sortie 14 qui sont inhérentes à l'excitation pas à pas du moteur. En principe, il est constitué par une masse iner- tielle reliée à l'arbre de sortie 14 par l'intermédiaire d'un accouplement visqueux et, conformément à l'invention, sa construction est telle qu'il peut être fabriqué à partir d'éléments courants,bon marché, disponibles dans le commerce, tout en présentant néanmoins d'excellentes caractéristiques d'amortissement des vibrations. Comme représenté sur les Fig. 2 à 4, l'amortisseur de vibrations 26 est constitué par une masse inertielle 28 for- mée par un disque métallique ayant une ouverture 30 concen- trique avec l'axe 16. Un roulement à corps roulants insérés entre deux pistes de roulement est reçu dans l'ouverture cen- trale 30 et est rempli d'une matière visqueuse de sorte que les éléments mécaniques du roulement, en combinaison avec sa matière de remplissage visqueuse,forment un accouplement visqueux entre l'arbre 14 et la masse inertielle 28. Le type de roulement à corps roulants insérés entre deux pistes de roulement utilisé pour fabriquer l'amortisseur de vibrations peut varier dans de très larges mesures, un tel roulement pouvant être, par exemple, un roulement à billes comportant une ou plusieurs rangées annulaires de billes ou un roulement à rouleaux comportantune ou plusieurs rangées annulaires de rouleaux. Cependant, de préférence, et dans l'exemple représenté, le roulement est un roulement 32 à aiguilles dans lequel les rouleaux sont des aiguilles allon- gées 34, 34. A titre d'exemple spécifique, le roulement 32 peut être un roulement à aiguilles scellé "Camrol" modèle n CYR-1 1/4-S. En plus des aiguilles 34, 34, le roulement 32 comporte une bague de roulement extérieure 36 montée à la presse dans l'ouverture 30 de la masse inertielle 28 ou fixée d'une autre manière appropriée à cette masse, une bague de roule- ment intérieure 38 montée à la presse ou fixéed'une autre manière appropriée à l'arbre 14, deux organes d'extrémité annulaires 40, 40 chacun monté à la presse sur une extrémité respectivement correspondante de la bague de roulement inté- rieure 38 et deux joints d'étanchéité annulaires élastiques 42, 42. Les deux organes d'extrémité 40, 40 servent, en com- binaison à maintenir les aiguilles 34, 34 latéralement en place entre eux. Les joints d'étanchéité annulaires élas- tiques 42, 42 sont reçus dans des rainures annulaires for- mées dans la bague extérieure 36 et chacun coopère avec une surface circonférentielle associée de l'organe d'extrémité annulaire associé 40 pour former un joint d'étanchéité tour- nant qui empêche que la matière de remplissage puisse s'é- chapper de l'intérieur du roulement. Au lieu que les espaces qui existent entre les bagues de roulement intérieure et extérieure 36 et 38 et entre les aiguilles individuelles 34 soient remplis d'une graisse lubri- fiante classique ou d'un autre lubrifiant du type normale- - ment utilisé dans le roulement pour ses applications clas- siques, de tels espaces sont remplis, comme plus particuliè- rement représenté sur la Fig. 4, d'une matière de remplissage 44 qui a une viscosité relativement élevée, par exemple,une viscosité aussi élevée que celle des molasses à la tempéra- ture ambiante ou une viscosité d'au moins 1x105 centipoises et qui conserve cette viscosité sur un large intervalle de températures de fonctionnement, tel qu'un intervalle de tem- pératures allant d'au moins 10'C jusqu'à90 C. On peut uti- liser de nombreuses matières à haute viscosité différentes mais, de préférence, la matière 44 est une matière à base de silicone. Une matière spécifique actuellement préférée est le mélange diélectrique collant à base de silicone type G661 de General Electric Company. Une raison pour laquelle un roulement à rouleaux rem- pli d'une matière visqueuse fonctionne convenablement en tant qu'amortisseur de vibrations est qu'entre les rouleaux adjacents, les surfaces des rouleaux se déplacent en sens in- verse de sorte que le mouvement relatif entre les deux sur- faces est égal au double de la vitesse de chaque surface et, étant donné que la force deviscosité est proportionnelle à la vitesse, ceci est important pour permettre la production de forces de viscosité importantes dans un petit espace. En outre, du fait du grand nombre de rouleaux, il est créé une grande superficie dans un petit espacece qui contribue éga- iement à la production des forces de viscosité importantes. De plus, étant donné que des forces de viscosité importantes peuvent être produites dans un petit espace, les rouleaux peuvent être disposes proches de l'arbre du moteur,ce qui réduit l'inertie des parties de l'amortisseur fixées à l'arbre. REVENDICATIONS 1 - Un dispositif amortisseur conçu pour être utilisé avec un moteur pas à pas rotatif (10) et comportant une masse inertielle (28), ce dispositif étant caractérisé en ce que la masse inertielle (28) a un axe central (16) et une ouver- ture (30) concentrique avec cet axe, un roulement (32) à corps roulants reçu dans l'ouverture (30) de la masse iner- tielle, ce roulement comportant une bague de roulement exté- rieure (36) fixée à la masse inertielle, une bague de roule- ment intérieure (38) ayant une ouverture concentrique avec l'axe central de la masse inertielle et conçue pour pouvoir être fixée à l'arbre de sortie (14) d'un moteur (12) pas à pas, et une série de corps roulants (34) positionnés entre les bagues de roulement intérieure et extérieure, et une cer- taine quantité d'une matière visqueuse (44) revue dans les espaces qui existent entre les bagues de roulement intérieure et extérieure et entre les corps roulants individuels qui constituent la série de tels corps. 2 - Dispositif amortisseur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le roulement est un roulement (32) à aiguilles et les corps de roulement sont des aiguilles (34). 3 - Dispositif amortisseur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la matière visqueuse (44) est une matière à base de silicone. 4 - Dispositif amortisseur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la matière visqueuse (44) est une matière qui a une viscosité d'au moins 1,0x105 centipoises sur un inter- valle de températures allant de 10 C à 90 C. - Dispositif amortisseur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la masse inertielle est constituée par un disque métallique (28). 6 - Un dispositif amortisseur conçu pour être utilisé avec un moteur pas à pas rotatif (10) et comportant une masse inertielle (28), ce dispositif étant caractérisé en ce que la masse inertielle (28) a un axe central (16) et une ouver- ture (30) concentrique avec cet axe, un roulement (32) à corps roulants reçu dans cette ouverture (30), ce roulement comportant une bague de roulement extérieure {36) fixée à la masse inertielle, une bague de roulement intérieure (38) ayant une ouverture concentrique avec 1' axe central de la masse inertielle et conçue pour pouvoir être fixée à l'arbre de sortie (24) d'un moteur (12) pas à pas et une série de corps tournants (34) positionnés entre les bagues de roule- ment intérieure et extérieure et une certaine quantité d'une matière (44) à base de silicone reçue dans les espaces qui existent entre les bagues de roulement intérieure et exté- rieure et entre les corps roulants individuels du roulement à corps roulants. 7 - Dispositif amortisseur selon la revendication 6, carac- :térisé en ce que le roulement est un roulement (32) à ai- guilles et les corps de roulement sont des aiguilles (34)o 8 - Un ensemble caractérisé en ce qu'il comprend, en combi- naison, un moteur (10) pas à pas ayant un arbre de sortie (14) et un dispositif amortisseur (26,-muni d'une masse inertielle (28), fixé à l'arbre de sortie, la masse iner- tielle ayant un axe central {16) et une ouverture (30) con- centrique avec cet axe, un roulement (32) à corps roulants reçu dans l'ouverture {30) de la masse inertielle, ce roule- ment comportant une bague de roulement extérieure (36) fixée à la masse inertielle, une bague de roulement intérieure (38) ayant une ouverture concentrique avec l'axe cental de la masse inertielle et conque pour pouvoir être fixée à l'arbre de sortie (14) du moteur (12) pas à pas et une série de corps roulants (34) positionnés entre les bagues dé roulement inté- rieure et extérieure, et une certaine quantité d'une matière visqueuse (44) reçue dans les espaces qui existent entre les bagues de roulement intérieure et extérieure et entre les corps roulants individuels qui constituent la série de tels corps. 9 - Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que le roulement est un roulement (32) à aiguilles et les corps roulants sont des aiguilles (34). - Un ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que la matière visqueuse (44) est une matière à base de si- licone. 8 zb2567603 il - Un ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que la masse inertielle est constituée par un disque métal- lique (28). 12 - Un ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que la matière visqueuse (44) est une matière qui a une vis- cosité d'au moins 1,Ox105 centipoises sur un intervalle de températures allant de 10"C & 90"C.