Brevet FR2669977A1 — publié le 19920605

La présente invention se rapporte à une articulation de précision du type à rotule pour la réalisation d'une liaison articulée à réglage d'alignement. Elle se rapporte plus particulièrement à une articulation à rotule en vue de régler puis de sauvegarder un alignement de précision dans une liaison à deux rotules. Afin de bénéficier des avantages de souplesse et du caractère omnidirectionnel conféré par les articulations à rotule, on préfère bien souvent utiliser deux rotules dans toutes les liaisons mécaniques réclamant plusieurs degrés de liberté de part et d'autre d'un organe de commande relié à un ou à plusieurs éléments commandés. Dans les rotules préassemblées classiques, le mouvement de l'articulation résulte du jeu fonctionnel existant entre la partie convexe qui est libre et la partie concave solidaire du support fixe ou l'inverse. Ce jeu fonctionnel s'avère nécessaire pour permettre le débattement de l'articulation sans contrainte mecanique autre que la simple transmission de l'effort. Or, les mouvements oscillatoires induits ou directs, par exemple des vibrations transmises à la rotule par les liaisons mécaniques, ne font travailler les surfaces en regard que l'une contre l'autre, contrairement à leur mouvement normal de glissement l'une sur l'autre. Ces mouvements entraînent une usure ou un matage des surfaces usinées préjudiciable à la bonne tenue mécanique de l'articulation. Ainsi, au bout d'un certain temps, les surfaces ne travaillent plus correctement en glissement l'une contre l'autre en raison de leur déformation provoquée par l'action mécanique répétée de l'une contre l'autre des surfaces en regard. Les vibrations transmises sont amplifiées et le jeu fonctionnel ne fait qu'augmenter jusqu'à la détérioration de l'articulation puis sa mise hors usage en raison des défauts qu'elle présente. L'invention a pour but de remédier au principal inconvénient résultant de l'emploi des rotules dans toute liaison mécanique à savoir le maintien constant du jeu fonctionnel qu'elles présentent nécessairement d'origine par rattrapage ou compensation du jeu supplémentaire dû à l'usure. Le but de l'invention concerne également le réglage et le blocage en alignement des rotules formant une liaison articulée, composée de deux rotules disposées de part et d'autre d'un organe de commande. On appuie sur les rotules en vue de les bloquer lorsque le réglage d'alignement est terminé. Les pièces composantes concaves et convexes de la rotule sont soumises à une pression de blocage par une association de moyens mécaniques montés sur le boîtier de rotule coaxialement à l'axe de la rotule. A cet effet, l'invention se rapporte à une articulation de précision à rotule, caractérisée en ce qu'elle se compose d'un élément central formé d'un axe de rotule portant deux pièces porteuses concaves maintenues distantes l'une de l'autre, et d'un boîtier monté dans une ouverture d'un support mécanique et traversé par l'axe de rotule, comportant en regard de chaque pièce en calotte sphérique une pièce réceptrice convexe en cuvette inférieure et supérieure, reposant chacune dans un siège, ledit boîtier étant obturé par une pièce de fermeture montée par vissage sur le corps du boîtier permettant de rapprocher puis de supporter ou de bloquer, par contact d'appui ou de serrage, au moins une surface d'appui d'une pièce porteuse sur ou dans une surface d'une pièce réceptrice. Dans l'exemple d'application choisi, on réalise la liaison articulée de part et d'autre d'un peson ou plus généralement un capteur de force. Cette liaison articulée est double. Elle réunit d'une part le peson à un bloc mécanique soumis à une force ou à un couple sous la forme d'une première rotule, d'autre part le peson à un bâti mécanique fixe sous la forme d'une deuxième rotule. Pour éviter d'engendrer des efforts parasites faussant les mesures, il s'avère de la plus grande importance que les points d'application des forces soient alignés. Ainsi, un alignement parfait entre les rotules aux deux extrémités du peson et son maintien pendant toutes les phases des mesures sont les deux conditions indispensables pour garantir la qualité des mesures. En effet, une simple et faible déviation angulaire par rapport à l'axe du peson introduit des efforts étrangers faussant les mesures. Or, ces mesures relèvent d'une précision importante, et la moindre perturbation ne permet plus de garantir la précision requise. Outre celui indique ci-dessus, les exemples d'applications de l'invention se montrent multiples. Il s 'agit de tous les cas où un alignement de précision s'avère necessaire entre un organe moteur et un élément commandé. On peut citer le cas, par exemple, de machines électriques tournantes, mais aussi des vérins dits rotulés fournissant des efforts axiaux, dans lesquels la suppression du jeu permet la transmission sans retard ou temps de réaction de la totalité de l'effort. Plus généralement, il s'agit aussi de tous les cas d'alignement avec suppression, réglage, rattrapage ou compensation d'une dérive ou d'une augmentation du jeu fonctionnel consécutives à l'usure normale ou prematuree liée à l'état des organes voisins. De nombreux avantages découlent de l'application de l'articulation à rotule selon l'invention. Il s'agit notamment de la possibilité de conserver un réglage parfait d'alignement par l'emploi de moyens mécaniques simples rattraper facilement le jeu supplémentaire dû à l'usure sans avoir à remplacer l'articulation par une intervention longue, délicate et coûteuse par le service de maintenance permettre un montage mécanique facile et rapide de la rotule et de son boîtier. Les caractéristiques techniques et d'autres avantages de l'invention sont consignes dans la description qui suit, effectuée à titre d'exemple non limitatif sur un mode d'exécution en référence aux dessins accompagnants dans lesquels . la figure 1 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation d'une articulation conforme à l'invention, logée dans un support mécanique . la figure 2 est une vue en élévation montrant la prise de mouvement et la liaison à deux rotules de part et d'autre du peson . la figure 3 est une vue générale de profil illustrant un exemple d'application à la mesure du couple d'un moteur électrique par un peson . la figure 4 est une vue de profil illustrant l'exemple d'application ci-dessus . la figure 5 est la vue en coupe longitudinale correspondant à la figure 4. L'articulation de précision selon l'invention est constituée d'un élément central longitudinal 1 et d'un boîtier 2 renfermant et maintenant l'élément central en vue de son immobilisation dans une direction précise. L'élément central longitudinal est formé de deux calottes sphériques inférieure 3 et supérieure 4 opposées, traversées par un axe 5 et maintenues à distance entre elles par une entretoise tubulaire 6 médiane et coaxiale, portée par le même axe 5. Les deux calottes 3 et 4 sont maintenues serrées contre l'entretoise médiane 6 par une pièce de butée supérieure 7 et un écrou inférieur 8 qui porte sur la calotte inférieure par l'intermédiaire d'une douille de pression 9. Cet ensemble constitue l'élément central longitudinal 1 de l'articulation à rotule de précision selon l'invention. I1 est logé dans une cage 10 montée dans une ouverture circulaire correspondante Il d'une pièce mécanique destinée à relier un organe par la liaison à rotule selon l'invention. L'immobilisation est réalisée par un épaulement circulaire supérieur 12 par lequel la cage 10 repose sur le bord supérieur de l'ouverture 11 et par un écrou de fermeture 13 monté sur l'extrémité supérieure filetée saillante 14 et portant sur le bord circulaire opposé de l'ouverture. La cage 10 présente un corps de forme générale cylindrique et de diamètre pratiquement identique à celui de l'ouverture de façon à s'y ajuster parfaitement. L'immobilisation sur cette pièce mécanique est garantie par l'écrou de fermeture 13 maintenant en butée d'appui l'épaulement circulaire supérieur 12 contre le bord de l'ouverture 11. La cage 10 présente au-delà de l'épaulement 12 une extrémité inférieure filetée 15 sur laquelle vient se visser une pièce de fermeture 16 filetée intérieurement. La cage 10 présente intérieurement un fond 17 en forme de siège garni par une bague annulaire inférieure 18 conformée, dans sa partie centrale, en cuvette adaptée au volume de la calotte sphérique inférieure de manière à porter sur la surface en regard de celle-ci. De façon identique, la cage 10 est garnie par une bague annulaire cuvette superieure 19 à partie centrale conformée en cuvette. Celle-ci porte sur la surface en regard de la calotte sphérique supérieure. Cette bague-cuvette supérieure 19 est contrainte plus ou moins en serrage par la poussée axiale de la pièce de fermeture 16. Cette dernière est immobilisée par une vis 20 s'engageant dans l'un ou l'autre des perçages taraudés tels que 21 ou 22, répartis uniformément sur le bord périphérique de l'ouverture. Pour assurer l'étanchéité par rapport à la matière de lubrification contenue dans la cage 10 de la rotule, un joint annulaire inférieur 23 et un joint annulaire supérieur 24, coaxiaux à l'axe 5, obturent la cage à chacune de ses extrémités. Pour mieux faire comprendre l'invention, on décrira maintenant un exemple d'application à la mesure précise du couple d'entraînement d'un moteur électrique en référence aux figures 2, 3, 4 et 5. Un moteur électrique 25 est monté flottant par son stator 26 sur un bâti fixe 27 au moyen de deux roulements paliers porteurs 28 et 29 disposés à chacun des bouts d'arbre de sortie 30 et 31 de l'arbre moteur 32. Ainsi le stator 26 est entièrement libre par rapport au bâti fixe 27. Sur le stator 26 formant carcasse est monté un bras 33 de prise de mouvement. La longueur utile "d" de ce bras correspond à la distance existant entre l'axe géométrique de l'arbre moteur 32 et son point d'application 34. Ce bras est relié mécaniquement à l'axe supérieur 35 de sortie d'un capteur de force formant un peson 36 par une articulation à rotule supérieure 37 conforme à l'invention. De même, l'axe inférieur 38 du peson 36 est relié au bâti fixe 27 par l'intermédiaire d'une articulation à rotule inférieure 39. La mesure du couple s'effectue de façon classique. Le couple exercé sur le stator 26 correspond au couple entraîneur ou freineur du moteur électrique 25. Ce couple est déterminé par la mesure de la force d'appui axial de l'axe de la rotule qui est, dans l'exemple choisi, l'axe du peson 36. Un très faible déplacement angulaire suffit à la mesure, c'est-à-dire à la transmission de la force tangentielle et à sa détection par le capteur de force du peson, puis à sa détermination. I1 importe, pour garder toute la précision recherchée des mesures, de respecter et de garder un parfait alignement entre les rotules supérieure et inférieure 37 et 39 de manière à s'affranchir de toute composante parasite. Cette caractéristique est obtenue et maintenue pendant toutes les mesures grâce à l'invention. I1 est bien entendu qu'au-delà des moyens décrits, diverses modifications évidentes et variantes simples entrent dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS I. Articulation à rotule pour une liaison articulée à rattrapage de jeu ou à réglage et sauvegarde d'un alignement, caractérisée en ce qu'elle se compose d'un élément central formé d'un axe de rotule portant deux pièces porteuses concaves, maintenues distantes l'une de l'autre, et d'un boîtier monté dans une ouverture d'un support mécanique et traversé par l'axe de rotule, comportant en regard de chaque pièce en calotte sphérique une pièce receptrice convexe en cuvette inférieure et supérieure, reposant chacune dans un siège, ledit boîtier étant obturé par une pièce de fermeture montée par vissage sur le corps du boîtier, permettant de rapprocher puis de supporter ou de bloquer, par contact d'appui ou de serrage, au moins une surface d'appui d'une pièce porteuse sur ou dans une surface d'une pièce réceptrice. 2. Articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les pièces d'appui et les pièces réceptrices sont à concavité sphérique. 3. Articulation selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le boîtier comporte un épaulement de butée contre au moins un bord de l'ouverture et en ce que la butée sur le bord opposé de l'ouverture est réalisée au moyen d'un écrou en prise sur l'extrémité opposée de l'ouverture et en contact d'appui sur le bord opposé de l'ouverture. 4. Articulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les pièces porteuses sont maintenues à distance par une entretoise tubulaire montée sur l'axe de rotule. 5. Articulation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les pièces porteuses sont serrées contre l'entretoise par des écrous montés sur les extrémités filetées de l'axe de rotule. 6. Articulation selon les revendications 4 et 5, caracterisee en ce que l'une des extrémités de l'axe de rotule comporte une entretoise tubulaire disposée entre la pièce receptrice et l'écrou correspondant. 7. Articulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un joint annulaire d'étanchéité est monté sur l'extrémité de l'axe de rotule, au droit de son passage de sortie avec chaque pièce d'extrémité. 8. Articulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est employée de chaque côté d'un peson et en ce que le réglage d'alignement est conserve par blocage d'appui des pièces receptrices sur les pièces d'appui.