Brevet FR2643452A1 — publié le 19900824

Dispositif pour déterminer le moment de torsion transmis dans un arbre L'invention concerne un dispositif pour déterminer le moment de torsion transmis dans un arbre, comportant deux capteurs d'informations agencés à une distance axiale l'un de l'autre sur l'arbre, en particulier des capteurs en forme de disques, avec lesquels sont associés des détecteurs sans contact. Les moments de torsion transmis par un arbre cau- sent une torsion de l'arbre. Le degré de torsion dans une partie définie de l'arbre dépend de la longueur de cette partie de l'arbre, du moment de torsion transmis, du module de glissement de la matière de l'arbre et du module d'iner- tie polaire de l'arbre dans la partie en question. La con- naissance des autres paramètres permet de déduire la valeur du moment de torsion à partir du degré de torsion. Par le document DE-PS 29 51 148, on connait un dispositif du genre préalablement cité dans lequel deux dis- ques d'induction sont fixés à une distance axiale donnée l'un de l'autre sur un arbre. Lors d'une transmission d'un moment de torsion, il se produit, à cause de la torsion sur cette distance axiale, un déplacement angulaire d'un disque d'induction par rapport à l'autre. Ces disques d'induction servant de capteurs d'information sont associés sans contact à des bobines servant de détecteurs. Les disques d'induction présentent des parties dont l'aire de chevauchement mutuel change à mesure que l'angle de torsion entre les deux dis- ques augmente. La torsion relative des deux disques quipeut être déterminée par mesure des changements d'impédance des bobines qui sont dus aux courants de Foucault induits dans les disques. Cet angle de torsion définit la mesure du mo- ment de torsion transmis dans la longueur donnée. Le dispositif connu a l'inconvénient que les deux disques d'induction doivent être agencés au voisinage direct l'un de l'autre. Pour cette raison, un des disques est fixé à une extrémité d'un tube supplémentaire qui entoure la lon- gueur à examiner et qui à son autre extrémité est fixé sur l'arbre. Dans l'exemple de réalisation, le diamètre inté- rieur du tube correspond au diamètre extérieur de l'ar- bre, de sorte que l'arbre doit avoir sur la longueur à exa- miner un plus petit diamètre qui, cependant, doit être assez grand pour que le moment maximal de torsion voulu puisse être transmis. Il en résulte par conséquent, un surdimen- sionnement pour les régions de l'arbre avoisinant la lon- gueur de mesure. Etant donné que l'arbre, par exemple dans une botte de vitesse, peut être fléchi par des forces addition- nelles, il en résulte pour cette réalisation le danger d'une falsification des résultats de mesure en raison de la fle- xion de l'arbre. L'invention a pour but d'améliorer un dispositif du genre préalablement cité de façon telle que le danger d'une falsification des valeurs mesurées par des flexions de l'arbre soit évité. Ce but est atteint, selon l'invention, en ce que chaque capteur d'informations est agencé au voisinage direct d'une face frontale d'un palier radial d'arbre,Des flexions de l'arbre ne se produisent pas au niveau du palier d'arbre, qui constitue un endroit o l'arbre est en appui radial. Par conséquent, il n'y a pas d'influence résultant de flexions sur le dispositif de mesure en cet endroit. Les deux cap- teurs d'informations peuvent être agencés sur deux paliers d'arbre, écartés l'un de l'autre, de sorte que pour la dé- termination du moment de torsion, on a une valeur numérique plus grande pour la distance entre les capteurs d'informa- tions. Il est, cependant, également possible d'agencer les deux capteurs d'informations sur les deux faces frontales d'un seul palier d'arbre. Les détecteurs peuvent être montés fixement sur le palier d'arbre. Ainsi, des mesures supplémentaires de montage des détecteurs ne sont pas nécessaires. De préférence, le palier d'arbre fait une seule unité de construction avec les détecteurs et les capteurs d'informations de sorte que le dispositif de mesure peut être installé sur l'arbre en même temps que le palier d'arbre sans montage supplémentaire du dispositif. Une telle unité de construction préfabriquée a l'avantage qu'il est possible de la fabriquer et de la vendre comme pièce de sé- rie. Si le palier d'arbre est fozm d'un palier à roule- ment, il est avantageux de fixer les détecteurs à la bague extérieure du palier qui est fixe par rapport à l'arbre ro- tatif. Dans une réalisation de l'invention, les capteurs d'informations peuvent être des anneaux magnétiques agencés coaxialement à l'arbre et retenus chacun dans une bague por- teuse fixée à l'arbre, de sorte que le montage du palier sur l'arbre se fait par l'intermédiaire des bagues porteuses. En tant que parties du palier, les bagues porteuses peuvent être situées à l'intérieur de la bague extérieure du palier et présenter dans les régions de leurs alésages des prolonge- ments orientés angulairement vers l'extérieur. Grâce à ces prolongements, on obtient un agrandissement de la longueur d'arbre à examiner, si les endroits de fixation des bagues porteuses se trouvent dans ces prolongements. Une possibilité de fixer les deux bagues porteu- ses est de les emmancher à force sur l'arbre par les régions orientées angulairement de leurs alésages. De préférence, les bagues porteuses se trouvent à l'intérieur des bords de la bague de roulement qui limitent la bague extérieure du palier. En ce cas, les détecteurs peu- vent être des émetteurs Hall en forme de baguette, fixés cha- cun par une extrmité dans des alésages parallèles à l'axe des bords de la bague de roulement, l'autre extrémité faisant saillie dans un entrefer annulaire des capteurs d'informations, for- mé par deux anneaux magnétiques coaxiaux. Ainsi, les régions de mesure sont fermées vers l'extérieur et, par conséquent, protégées. Au lieu de ces émetteurs Hall, il est aussi pos- sible d'employer d'autres émetteurs d'impulsions. Pour obtenir une plus grande série d'impulsions de signaux de mesure par unité de temps avec chaque combi- naison détecteur/capteur d'informations, on peut associer à chaque capteur plusieurs détecteurs répartis l'un derrière l'autre dans la direction périphérique du palier d'arbre. Des exemples de réalisation de l'invention sont représentés sur le dessin et décrits plus en détail dans ce qui suit. Les figures 1 et 2 du dessin représentent des sec- tions longitudinales de deux dispositifs différents selon l'invention. Le dispositif selon l'invention de la figure 1, destiné à déterminer le moment de torsion transmis dans un arbre 1, comporte un palier radial d'arbre 3, formé par un palier à roulement avec une bague extérieure de palier 4 pour des rouleaux 5. A l'extérieur de la cage 6 de guidage des rouleaux qui roulent directement sur l'arbre 1, deux capteurs d'informations 7 sont axialement agencés. Ils sont en forme de disque et fixés à leurs alésages intérieurs sur l'arbre 1, les deux endroits de fixation déterminant la lon- gueur d'une distance axiale 2. La bague extérieure de palier 4 a des prolonge- ments axiaux dans lesquels sont retenus des détecteurs 8. Chaque détecteur 8 est associé radialement à un capteur d'in- formations 7, en maintenant un entrefer avec lui. Les détec- teurs constitués par des composants électrotechniques sont munis sur leur côté extérieur de câbles de raccordement 9. Le dispositif selon l'invention représenté en figure 2, destiné à déterminer le moment de torsion transmis dans un arbre, est constitué en principe comme celui de la figure 1, mais il a des détecteurs 10 retenus par des bords 11 et 12 de la bague extérieure 19 du palier d'arbre et qui s'étendent parallèlement à l'axe de l'arbre 1. Ils s'étendent à partir des bords de la bague de roulement en direction des rouleaux 5 dans des entrefers formés par des anneaux magnétiques coa- xiaux 13 et 14. Ces anneaux magnétiques sont, en ce cas, les capteurs d'informations tandis que les détecteurs 10 sont des émetteurs Hall. Chaque paire d'anneaux magnétiques 13 et 14 est retenue dans une bague porteuse 15 qui se trouve non seule- ment à l'intérieur de la bague extérieure de palier 19, mais aussi à l'intérieur des bords de la bague de roulement 11 et 12. Les bagues porteuses 15 sont munies sur leur diamètre intérieur de régions d'alésage 16 orientées angulairement vers l'extérieur par lesquelles elles sont fixées à l'arbre 1, par exemple en étant emmanchées à force. Ces régions d'a- lésage 16 déterminent à leurs endroits de fixation la dis- tance axiale 2, le long de laquelle l'arbre 1 est examiné pour la détermination du moment de torsion. Dans cette forme de réalisation, les détecteurs 10 et les anneaux magnétiques 13 et 14 fonctionnant en tant que capteurs d'informations, sont agencés à l'intérieur du palier de manière à être complètement enfermés par rapport à l'en- vironnement et sont par conséquent protégés. Pour les câbles de raccordement 9 des détecteurs 10 d'un côté, des conduites de câbles 17 et 18 sont prévues sur le palier. Les dispositifs selon l'invention fonctionnent comme suit: en fonction de la torsion de l'arbre 1, les détecteurs 8, 10 reçoivent des impulsions des capteurs d'in- formations 7, 13, 14 de chaque côté du palier d'arbre et les transmettent à un ordinateur. A partir des impulsions reçues, l'ordinateur détermine la différence d'angle entre les cap- teurs d'informations des deux côtés. Celle-ci résulte de la torsion de l'arbre 1 et est convertie en moment de torsion transmis. Chaque combinaison détecteur/capteur d'informa- tions peut aussi être employée pour la détermination de la vitesse de rotation. Une botte de vitesse d'automobiles n'est qu'un exemple parmi le grand nombre d'applications possibles d'un tel dispositif. Dans ce cas, le moment de torsion déterminé par l'ordinateur peut être employé par exemple pour la com- mande d'un dispositif de changement de vitesse. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour déterminer le moment de tor- sion transmis dans un arbre, comportant deux capteurs d'in- formations agencés à une distance axiale l'un de l'autre sur l'arbre, en particulier des capteurs en forme de disques, avec lesquels sont associés des détecteurs sans contact, ca- ractérisé en ce que chaque capteur d'informations (7, 13, 14) est agencé au voisinage direct d'une face frontale d'un pa- lier radial d'arbre (3). 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les deux capteurs d'informations (7, 13, 14) sont agencés sur les deux faces frontales d'un palier d'ar- bre (3). 3. Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que les détecteurs (8, 10) sont montés fixement - sur le palier d'arbre (3). 4. Dispositif selon les revendications 1 à 3, ca- ractérisé en ce que le palier d'arbre (3) forme une seule unité de construction avec les détecteurs (8, 10) et les cap- teurs d'informations (7, 13, 14). 5. Dispositif selon une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que plusieurs détecteurs (8, 10) répartis l'un derrière l'autre dans la direction périphéri- que du palier d'arbre (3) sont associés à chaque capteur d'informations (7, 13, 14). 6. Dispositif selon une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le palier d'arbre (3) est formé par un palier à roulement avec des détecteurs (8, 10) fixés à la bague extérieure (4, 19) du palier. 7. Dispositif selon une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les capteurs d'informations sont des anneaux magnétiques (13, 14) agencés coaxialement à l'arbre et retenus chacun dans une bague porteuse (15) fixée à l'arbre (1). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les bagues porteuses (15) sont situées à l'inté- rieur de la bague extérieure (19) du palier et présentent dans les régions de leurs alésages des prolongements (16) orientés angulairement vers l'extérieur. 9. Dispositif selon la revendication 8, caracté- risé en ce que les deux bagues porteuses (15) sont emman- chées à force sur l'arbre (1) par les prolongements (16) de leurs alésages. 10. Dispositif selon une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les bagues porteuses (15) se trouvent au-dedans des bords (11, 12) de la bague de roulement qui limitent la bague extérieure (19) du palier. 11. Dispositif selon une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que les détecteurs (10) sont des émetteurs Hall en forme de baguette, fixés chacun par une extrémité dans des alésages parallèles à l'axe des bords (11, 12) de la bague de roulement, leur autre extrémité faisant saillie dans un entrefer annulaire des capteurs d'informa- tions, formé par deux anneaux magnétiques coaxiaux (13, 14).