Brevet FR2685411A1 — publié le 19930625

La présente invention concerne un dispositif d'accouplement en rotation d'un organe menant et d'un organe mené montés tous deux mobiles en rotation selon un axe commun, et une application d'un tel dispositif à un roulement à capteur incorporé. Dans de nombreux secteurs de l'industrie, il est nécessaire d'accoupler en rotation un organe menant et un organe mené qui sont, tous deux, mobiles en rotation selon un axe commun. De nombreux dispositifs d'accouplement ont déjà été proposés pour assurer une telle continuité d'une rotation. Toutefois, les dispositifs connus ne permettent pas de résoudre systématiquement les problèmes qui se posent lorsque l'un de ces deux organes menant et mené est susceptible de se décentrer relativement à l'autre, que ce soit par excentrement ou inclinaison et, aussi, lorsqu'il est susceptible de se décaler axialement par une translation approximativement parallèle à l'axe commun. Ce type de situation se rencontre, par exemple, à propos des colonnes de direction d'automobiles pour lesquelles on souhaite apprécier l'amplitude et/ou la vitesse voire l'accélération de la rotation communiquée à un train de roues directrices à l'aide du volant manoeuvré par le conducteur. Pour apprécier ce type de déplacement, on a proposé, notamment, d'utiliser des roulements à billes ou à aiguilles qui sont équipés d'un capteur incorporé fait d'un émetteur-codeur et d'un détecteur dont l'un d'eux est associé à l'une des bagues du roulement et dont l'autre de ceux-ci est associé à l'autre des bagues du roulement; dans un tel roulement l'une des deux bagues est fixe et montée sur un support alors que l'autre des bagues est mobile et solidaire d'un arbre entraîné en rotation. Les documents FR 2 660 028 et 2 660 975 proposent des modes de réalisation de roulements à capteur de position angulaire incorporé plus spécialement destinés à équiper les roues d'un véhicule. Toutefois, on observera que les solutions proposées par ces documents ne sont pas insensibles à un décentrement et/ou à un décalage axial relatifs des parties fixe et mobile qui peuvent influer sur les positions relatives de l'émetteur-codeur et du détecteur du capteur dont le signal qu'il émet peut être ainsi défavorablement affecté, et que ces documents sont muets à l'égard d'un tel problème. Le but de l'invention est de remédier à la plupart des inconvénients rappelés brièvement précédemment. L'invention a pour objet un dispositif d'accouplement en rotation d'un organe menant et d'un organe mené montés tous deux mobiles en rotation selon un axe commun afin de le rendre insensible au décentrement et/ou au décalage axial de l'un de ces organes relativement à l'autre. Ce dispositif d'accouplement est remarquable en ce qu'il comprend des dépressions longilignes parallèles à cet axe ménagées à la périphérie de l'un de ces organes, des doigts élastiques qui sont sollicités en direction de cet axe et dont l'une des extrémités est solidaire de l'autre de ces organes, et des plots à l'autre des extrémités de ces doigts qui sont engagés sans jeu chacun dans une dépression correspondante, l'un au moins de ces dépression et plot de chaque couple ayant en section droite perpendiculairement à cet axe un profil convergent vers cet axe. L'invention a aussi pour objet l'application d'un tel dispositif à un roulement à capteur incorporé fait d'un émetteur-codeur et d'un détecteur dont l'un d'eux est associé à l'une des deux bagues du roulement et dont l'autre de ceux-ci est associé à l'autre des bagues du roulement, et pour laquelle d'une part, l'organe menant est un arbre dont la périphérie constitue l'une de ces bagues et, d'autre part, l'organe mené est une couronne annulaire placée dans un logement solidaire en rotation de l'autre de ces bagues. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la lecture de la description et des revendications qui suivent, ainsi que de l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple, où - les Figures 1 et 2 sont des vues partielles en bout et en élévation d'un mode de réalisation d'un dispositif d'accouplement selon l'invention; et - la Figure 3 est une section méridienne partielle d'un roulement à capteur incorporé équipé d'un dispositif d'accouplement selon l'invention. Les dispositifs d'accouplement en rotation d'un organe menant et d'un organe mené montés, tous deux, mobiles en rotation selon un axe commun, ainsi que les roulements étant bien connus dans la technique, on ne décrira dans ce qui suit que ce qui concerne directement ou indirectement l'invention. Pour le surplus, l'homme du métier du secteur technique considéré puisera dans les solutions classiques courantes à sa disposition pour faire face aux problèmes particuliers auxquels il est confronté. Dans ce qui suit, un même numéro de référence identifie toujours un même élément homologue quel que soit le mode de réalisation ou sa variante d'exécution. Pour la commodité de l'exposé, on décrira successivement chacun des constituants d'un dispositif d'accouplement selon l'invention avant d'en expliquer le montage et le fonctionnement, voire la fabrication. Un dispositif 10 d'accouplement en rotation selon l'invention est destiné à associer un organe menant 20 et un organe mené 30 qui sont tous deux mobiles en rotation selon un axe A commun. L'organe menant 20 et l'organe mené 30 sont non seulement aptes à tourner relativement l'un à l'autre mais encore, éventuellement, sujets à subir un certain déplacement, au moins momentanée, relativement l'un à l'autre, selon une translation approximativement parallèle à cet axe. Le dispositif 10 comprend, entre autres, des dépressions 11 longilignes, parallèles à l'axe A et ménagées à la périphérie de l'un de ces organes, par exemple à la périphérie 21 de l'organe menant 20. Ce dispositif 10 comprend, aussi, des doigts 12 élastiques qui sont sollicités en direction de cet axe A et dont l'une 121 des extrémités est solidaire de l'autre de ces organes, par exemple d'une paroi 31 de l'organe mené 30. Ce dispositif comprend, aussi, des plots 13 à l'autre 122 des extrémités de ces doigts 12 qui sont engagés sans jeu chacun dans une des dépressions 11 correspondantes. Pour obtenir cet engagement mutuel sans jeu de ces plot et dépression de chaque couple au contact, l'un au moins de ces dépression et plot de chaque couple a, en section droite perpendiculairement à l'axe A, un profil convergent vers cet axe. Comme on peut l'observer sur le dessin, de préférence les dépressions 11 ont, en section droite perpendiculairement à l'axe A, une géométrie convergente vers celui-ci. De même, le plots 13 ont, de préférence en section droite perpendiculairement à l'axe A, une configuration convergente vers celui-ci. On utilise, de préférence, trois dépressions et trois doigts avec des plots équidistants, répartis angulairement à 1200, les uns des autres. Comme on le comprend, grâce à l'élasticité dont bénéficient les doigts 12 qui sont sollicités en direction de l'axe A, les plots 13 qui sont engagés dans les dépressions 11 y résident sans jeu du fait de la convergence donnée au profil et en particulier à la configuration des plots et à la géométrie des dépressions. Il est clair qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser simultanément cette convergence à la fois pour la configuration des plots et pour la géométrie des dépressions et qu'il suffit que l'une ou l'autre de ces configuration et géométrie présente cette convergence en direction de l'axe. Selon des variantes de réalisation préférées, ces dépressions sont des cannelures ou des cuvettes oblongues et ces plots sont des calottes sphériques ou des troncs de cône. Pour conférer l'élasticité requise des doigts 12, on leur donne une structure en poutre, par exemple encastrée à l'une de ses extrémités, qui travaillent à la flexion. Toutefois, si l'élasticité ainsi obtenue n'est pas suffisante, on peut munir les doigts, par exemple à proximité des extrémités qui portent les plots, d'un anneau 14 élastique par exemple un ressort à boudin cintré dont les deux extrémités sont réunies, un joint torique en élastomère, un jonc fendu en corde à piano. Dans le mode de réalisation illustré sur les Figures 1 et 2, l'organe menant 20 se présente à la manière d'un arbre et l'organe mené 30 se presente à la manière d'une couronne annulaire qui sont respectivement agencés de manière que les dépressions soient ménagées sur la périphérie 21 de l'arbre et que l'extrémité 121 des doigts élastiques soit rendue solidaire d'une paroi 31 de la couronne annulaire. L'extrémité 121 des doigts 12 est rendue solidaire de la paroi 31 de la couronne annulaire de toutes manières appropriées connues par exemple par sertissage, soudage, collage, vissage, rivetage, surmoulage,.... Du fait des caractéristiques adoptées selon l'invention pour le dispositif d'accouplement en rotation, on voit que la transmission d'un couple de l'organe menant à l'organe mené peut se faire absolument indépendamment des centrages propres particuliers donnés à l'organe menant et à l'organe mené et, aussi ,indépendamment de toutes leurs imperfections de centrage et de calage, imperfections qui peuvent varier non seulement à l'état neuf en fonction des positions relatives en cours de fonctionnement mais aussi évoluer au cours du fonctionnement du fait de l'usure. De même, ce dispositif d'accouplement est insensible aux fluctuations du calage axial qui peuvent se manifester par des translations approximativement parallèles à l'axe de rotation commun et cela quelle qu'en soit l'amplitude. Le dispositif d'accouplement en rotation selon l'invention trouve une application notamment aux cas des roulements à capteur incorporé comme cela est représenté à titre d'exemple sur la Figure 3, où l'on a dessiné un roulement 40 qui comprend un capteur 50 incorporé. Le roulement 40, proprement dit, comprend une bague extérieure 41, une bague intérieure 42 entre lesquelles sont disposés des éléments roulants 43 par exemple des aiguilles retenues par une cage 44. Ce roulement est, par exemple, du type à précontrainte et est logé dans une douille 45 qui contient un élément élastique 46 qui exerce cette précontrainte sur la bague extérieure 41 mince. Comme on le voit, la douille 45 comprend un rebord 451 ou similaire, des ergots 452 ou similaires qui permettent de retenir un appui 47 en forme de rondelle, et délimite un logement 453 dans lequel est placé le capteur 50 qui y est retenu par un bourrelet 454 ou similaire obtenu par exemple par sertissage. Tout ceci apparaît clairement à l'examen de la Figure 3. Le capteur 50 est constitué, essentiellement, d'un émetteur-codeur 51 qui se présente à la manière d'une couronne annulaire qui porte au moins une plage dont les propriétés ferromagnétiques la distinguent des autres plages de la couronne. Ce capteur comprend aussi un détecteur 52 qui permet d'apprécier les passages de cette plage ferromagnétique et d'acheminer des signaux correspondants par un câble 520. Ce type de capteur étant bien connu, on ne s'y attardera pas davantage. On rappelera seulement que pour que les signaux recueillis ne soient pas influencés défavorablement par des perturbations du déplacement de l'émetteur-codeur, il faut que cet émetteur-codeur à la fois soit relativement bien centré dans son logement et le reste, et qu'il demeure à une distance pratiquement constante du détecteur. De telles conditions, qui sont impératives, sont relativement facilement obtenues lorsqu'on utilise un dispositif d'accouplement en rotation selon l'invention qui est par exemple utilisé comme illustré sur la Figure 3 tracée non à l'échelle. On voit sur cette figure que l'organe menant 20 est un arbre dont la périphérie 21 sert à la fois de bague intérieure 42 au roulement et de siège pour les dépressions longilignes 11 et dont l'organe mené 30 est ici la couronne annulaire 51 émetteur-codeur dont la paroi est associée à l'une des extrémités des doigts élastiques. On observera pour cette application particulière, que le détecteur 52 du capteur 50 est immobilisé dans la douille 45 du roulement 40 lui-même maintenu fixe dans un support approprié, non dessiné, et aussi que l'émetteur-codeur 51 est appliqué contre le détecteur 52 par des pattes élastiques 500 et placé dans le logement 543 qui assure son centrage radial avec un jeu restreint, de l'ordre du dixième de millimètre par exemple. Grâce au dispositif d'accouplement selon l'invention, on comprend que ni un décalage axial éventuel ni un décentrement ou desaxage éventuel de l'arbre n'est transmis en aucun cas à l'émetteur-codeur qui est en quelque sorte monté "flottant" et indépendant, de manière à être rendu insensible à de tels déplacements relatifs parasites qui pourraient affecter la réponse du capteur; l'émetteurcodeur est seulement et uniquement tributaire de la qualité de son montage propre et n'est plus affecté par les perturbations éventuelles de l'organe qui commande et lui impose ses déplacements. Un tel roulement est, par exemple, utilisé pour monter une direction d'automobile dans un poste de conduite. Dans un tel cas, la douille est montée dans un support ou une ferrure fixé sur la structure ou coque du véhicule et l'arbre est l'un des tronçons de la colonne animée par le volant mu par le conducteur. Les doigts élastiques sont fabriqués en tous matériaux appropriés par exemple en métal ou en résine synthétique, le choix du matériau et la forme et la taille des doigts étant manifestement, comme le sait l'homme du métier, fonction des dimensions et des efforts à transmettre tant en flexion qu'en torsion et en cisaillement. Il en est de même des matériaux des plots. Ce qui précède permet d'apprécier tous les avantages apportés par un dispositif d'accouplement en rotation selon l'invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'accouplement en rotation d'un organe menant et d'un organe mené montés tous deux mobiles en rotation selon un axe (A), ce dispositif (10) qui est insensible au décentrement et au décalage axial de l'un de ces organes (20, 30) relativement à l'autre est remarquable en ce qu'il comprend des dépressions (11) longilignes parallèles à cet axe (A) ménagées à la périphérie de l'un de ces organes (20, 30), des doigts (12) élastiques qui sont sollicités en direction de cet axe (A) et dont l'une (121) des extrémités est solidaire de l'autre de ces organes (20, 30), et des plots (13) à l'autre (122) des extrémités de ces doigts (12) qui sont engagés sans jeu chacun dans une dépression (11) correspondante, l'un au moins de ces dépression et plot de chaque couple ayant, en section droite perpendiculairement à cet axe (A), un profil convergent vers cet axe (A). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces dépressions (11) ont, en section droite perpendiculaire à cet axe (A), une géométrie convergente vers cet axe (A). 3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ces dépressions (11) sont des cannelures. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ces dépressions (11) sont des cuvettes oblongues. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ces plots (13) ont, en section droite perpendiculaire à cet axe (A), une configuration convergente vers cet axe (A). 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ces plots (13) sont des calottes sphériques. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ces plots (13) sont des troncs de cône. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ces doigts (12) sont des poutres travaillant à la flexion qui exercent cette sollicitation en direction de cet axe (A). 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les doigts (12) sont munis à proximité de leurs extrémités qui portent les plots (13) d'un anneau (14) élastique. 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'organe menant est un arbre (20) et l'organe mené est une couronne annulaire (30). 11 - Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 à un roulement (40) à capteur (50) incorporé fait d'un émetteur-codeur (51) et d'un détecteur (52) dont l'un d'eux est associé à l'une des bagues (41, 42) du roulement et dont l'autre de ceux-ci est associé à l'autre des bagues (41, 42) du roulement, caractérisée en ce que l'organe menant est un arbre dont la périphérie constitue l'une de ces bagues et en ce que l'organe mené est une couronne annulaire placée dans un logement solidaire en rotation de l'autre de ces bagues.