Brevet FR2904671A1 — publié le 20080208

--> Système d'articulation instrumenté. La présente invention concerne le domaine des systèmes d'articulation instrumentés utilisés en particulier sur les engins pour l 'exécution de terrassements. Plus précisément, la présente invention concerne un système d' articulation instrumenté destiné à relier une première partie et une seconde partie mobile pivotante par rapport à la première partie, et apte à mesurer le déplacement angulaire relative de ces deux parties. De tels systèmes d'articulation sont classiquement utilisés pour des bras articulés d'engins de terrassements afin de piloter le déplacement angulaire de divers éléments articulés. Généralement, ces systèmes comprennent un boîtier de détection qui est rapporté à une extrémité axiale d'un arbre d'articulation reliant deux parties dont l 'une est mobile pivotante par rapport à l 'autre. Or, de tels engins sont généralement soumis à une pollution intense par des projections diverses, notamment de terre, de boue ou encore de poussière. En outre, le nettoyage de ces engins est réalisé avec des jets haute pression qui sont susceptibles de détériorer le boîtier de détection. Par ailleurs, de par sa disposition sur l ' arbre d' articulation, le boîtier peut également être soumis à des chocs lors de déplacements de l 'engin sur lequel il est monté. Dès lors, on conçoit aisément qu' il existe un risque important de détérioration du boîtier de détection, ce qui diminue sensiblement sa durée de vie ainsi que la fiabilité de l'engin pour l 'exécution de terrassements. La présente invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients. -->La présente invention a également pour but de prévoir un système d' articulation instrumenté qui soit particulièrement compact, et présentant une bonne sûreté de fonctionnement. La présente invention a encore pour but de prévoir un système qui soit relativement facile à monter. Selon un premier aspect, l'invention a donc pour objet un système d'articulation instrumenté pourvu d' au moins un axe principal d'articulation apte à relier une première partie et une seconde partie mobile pivotante par rapport à la première partie, et d'un ensemble de détection de paramètres de rotation de la seconde partie. Selon une caractéristique générale, l 'axe principal d'articulation comprend un logement à l'intérieur duquel est monté l 'ensemble de détection. Avec un tel système, il devient dès lors possible de limiter le risque d' intrusion de proj ections diverses, notamment de terre et de boue au niveau de l'ensemble de détection, ce qui permet d'obtenir un système présentant une bonne fiabilité de fonctionnement. En outre, en montant à l 'intérieur d'un logement de l'axe principal d'articulation l'ensemble de détection, le risque de chocs contre celui-ci est relativement limité. Par ailleurs, une telle disposition facilite également le montage du système d' articulation sur l'engin associé. En effet, l ' ensemble de détection étant logé à l ' intérieur de l'axe principal d' articulation, son montage peut être réalisé sans précautions particulières, de manière analogue à celle utilisée pour un axe principal d'articulation non instrumenté, par exemple en poussant axialement en bout d' axe. En d' autres termes, après avoir monté l ' axe principal d'articulation, il n' est pas nécessaire de prévoir des opérations de -->montage postérieures spécifiques pour l ' ensemble de détection. Le système d' articulation instrumenté peut être livré pré-monté. Avantageusement, le logement est ménagé à une extrémité axiale de l'axe principal d' articulation. Dans un mode de réalisation, l 'ensemble de détection est pourvu d'un axe secondaire et d'un dispositif de détection monté en partie sur l ' axe secondaire. Ce mode de réalisation présente l 'avantage de comprendre un axe secondaire intermédiaire qui permet d' obtenir un montage aisé d'au moins un élément du dispositif de détection. Préférentiellement, l ' ensemble de détection est pourvu en outre d'un roulement comprenant une bague extérieure, une bague intérieure, et des éléments roulants disposés entre les bagues, l ' axe secondaire étant monté sur une desdites bagues, l'autre bague étant liée angulairement à l'axe principal d' articulation. Dans un mode de réalisation , le système comprend en outre des moyens, tels qu'une potence, montés sur l 'une des première et/ou seconde parties et aptes à maintenir l ' axe secondaire angulairement fixe par rapport à la première partie. Préférentiellement, le roulement comprend un joint d' étanchéité conformé de manière former, en coopération avec l 'axe secondaire, des étanchéités par passages étroits. Ainsi, les éléments sensibles de l 'ensemble de détection sont particulièrement bien protégés contre une éventuelle pollution, ce qui permet d'accroître sensiblement la durée de vie ainsi que la fiabilité de fonctionnement du système. Dans un mode de réalisation, la bague intérieure est montée sur l ' axe secondaire. Avantageusement, la bague extérieure est montée contre un alésage du logement. -->Avantageusement, le dispositif de détection comprend un élément codeur et un élément capteur situé axialement en regard dudit élément codeur. De préférence, l ' élément codeur est monté à une extrémité axiale de l' axe secondaire. Dans un mode de réalisation, l'élément capteur est monté contre une carte pourvue d'un circuit imprimé en appui contre une surface radiale du logement. Dans un mode de réalisation, la carte est montée contre la surface radiale du logement par l'intermédiaire d'une rondelle élastique d'appui. Selon un second aspect, l 'invention a également pour objet un engin automobile pour l 'exécution de terrassements comprenant une première partie, une seconde partie mobile formant bras pivotant par rapport à la première partie, au moins un axe principal d' articulation apte à relier les parties entre elles, et un ensemble de détection de paramètres de rotation de la seconde partie mobile. Selon une caractéristique générale, l 'axe principal d'articulation comprend un logement à l ' intérieur duquel est monté l 'ensemble de détection. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un système d'articulation instrumenté selon l ' invention apte à relier une première partie à une seconde partie mobile par rapport à ladite première partie d'un engin pour l 'exécution de terrassements ; et la figure 2 est une vue de détail de la figure 1 . -->Sur la figure 1 , on a représenté un système d' articulation instrumenté, désigné par la référence numérique générale 10, destiné à relier une première partie, ici fixe 12 et solidaire d'un châssis (non représenté) d'un engin pour l ' exécution de terrassements et une seconde partie 14 formant bras articulé mobile par rapport à la première partie 12. L'engin peut par exemple être une pelleteuse. La première partie 12 fixe comprend notamment deux éléments de liaison 16, 1 8 parallèles et reliés entre eux par une entretoise 20 s'étendant transversalement. Pour permettre un montage à rotation du système d' articulation 10 par rapport à la première partie 12 fixe, celle-ci comprend également des paliers lisses 22, 24 montés à proximité d' extrémités libres des éléments de liaison 16 et 18, respectivement. La seconde partie 14 mobile présente, en section droite, une forme générale en U. Chaque extrémité du U comprend une chape 26, 28 entourant respectivement les éléments de liaison 16 et 18. Afin d' obtenir une articulation de la seconde partie 14 mobile par rapport à la première partie 12 fixe, le système 10 comporte quant à lui un premier axe principal d'articulation 30 monté sur la chape 26, et un second axe principal d'articulation 32 disposé au niveau de la chape 28. Les axes d' articulations 30, 32 comprennent un axe géométrique commun 34. Plus précisément, le premier axe principal d'articulation 30 est monté à rotation par rapport à la première partie 12 fixe autour de l ' axe 34, par l ' intermédiaire du palier 22. Il est fixé rigidement sur la seconde partie mobile 14 au niveau de la chape 26. A cet égard, il est prévu une goupille 36. Une portion du premier axe d'articulation 30 est en saillie axiale vers le haut, sur la figure, par rapport à la chape 26. -->Le second axe principal d'articulation 32 est, quant à lui, monté à rotation par rapport à la première partie fixe 12 autour de l ' axe 34, par l ' intermédiaire du palier 24. Pour l ' assujettir sur la seconde partie 14 mobile, une goupille 38 est ici prévue. Pour la détection du déplacement angulaire de la seconde partie 14 mobile relativement à la première partie 12 fixe, le système 10 comprend encore un ensemble 50 de détection de paramètres de rotation monté à l'intérieur d'un alésage 52 de l'axe principal d' articulation 30. Comme illustré plus visiblement sur la figure 2, l' alésage 52 est étage et centré sur l ' axe 34. Il comprend un premier étage 52a de grand diamètre qui est prolongé à une extrémité axiale par un second étage 52b de diamètre réduit, lui-même prolongé à une extrémité axiale située du côté opposé au premier étage 52a, par un troisième étage 52c de diamètre encore réduit par rapport à celui du second étage 52b. L 'alésage 52 est ménagé à partir d'une surface d'extrémité 54 radiale de l ' axe principal d'articulation 30 et délimite ainsi un logement 53 pour le montage de l 'ensemble 50 de détection. En d' autres termes, l ' axe principal d'articulation 30 constitue un boîtier à l ' intérieur duquel est logé l'ensemble 50 de détection. L ' axe principal d'articulation 30 est monobloc. L'ensemble 50 est notamment pourvu d'un axe secondaire 56, dont l ' axe géométrique est confondu avec l ' axe géométrique 34 de l ' axe principal d' articulation 30. L'ensemble 50 comporte également un roulement 58, et un dispositif de détection 60 de paramètres de rotation. L'axe secondaire 56 comprend une première surface 56a extérieure cylindrique qui s'étend, à partir d'une extrémité axiale, vers l' extérieur par une surface radiale 56b se prolongeant elle-même à -->partir d'un bord de grand diamètre par une seconde surface 56c extérieure cylindrique. La dimension axiale de la seconde surface 56c est sensiblement inférieure à celle de la première surface 56a. La seconde surface extérieure 56c est prolongée vers l ' extérieur à partir d'une extrémité axiale par une surface radiale 56d, elle-même prol ongée à partir d'un bord de grand diamètre par une surface tronconique (non référencée) s'étendant vers l 'intérieur qui est prolongée à partir d'un bord de petit diamètre par une troisième surface extérieure 56e cylindrique de dimension radiale supérieure à celle de la seconde surface 56c. L'axe secondaire 56 est délimité axialement par des surfaces frontale radiales d' extrémité 56f et 56g. L'axe secondaire 56 est monté axialement à l ' intérieur de l 'alésage 52, plus précisément à l ' intérieur du premier étage 52a, de façon que la surface radiale d'extrémité 56f soit décalée axialement vers le bas, sur la figure 1 , par rapport à la surface d'extrémité 54 radiale de l'axe principal d'articulation 30. Ainsi l ' axe secondaire 56 est entièrement logé à l ' intérieur du logement 53. Afin de permettre la fixation de l ' axe secondaire 56 sur la première partie 12 fixe, le système 10 comprend également une potence 62. Celle-ci est pourvue d'une première portion radiale 62a (figure 1 ) fixée contre l 'élément de liaison 16 de la première partie 12, par l 'intermédiaire d'un organe de fixation 64, tel qu'une vis. La partie radiale 62a est prolongée par une portion axiale 62b, elle-même prolongée à une extrémité axiale par une seconde portion radiale 62c s ' étendant axialement à distance de la chape 26 jusqu' au voisinage de la surface d'extrémité 54 radiale de l 'axe principal d'articulation 30. La portion axiale 62c comprend une collerette 62d annulaire s ' étendant axialement en direction de l ' axe secondaire 56 et -->disposée radialement entre celui-ci et l ' axe 30 d'articulation. La collerette 62d vient se centrer sur la surface cylindrique 56e de l ' axe secondaire 56. La collerette 62d est conformée de manière à laisser un léger espace radial (non référencé) entre elle et le premier étage 52a de l'alésage 52. Ainsi, une étanchéité par passage étroit est réalisée entre l'axe principal d'articulation 30 et la potence 62. En d'autres termes, la potence 62 constitue également un capot de protection de l 'ensemble 50 de protection qui limite le risque d' intrusion d' agents polluants à l ' intérieur de celui-ci. Pour assujettir la potence 62 sur l ' axe secondaire 56, il est prévu des organes de fixation 65 , tels que des vis, traversant la portion axiale 62 et venant se loger dans des alésages taraudés (non référencés) ménagés à partir de la surface frontale d'extrémité 56f. L' axe secondaire 56 est ainsi monté fixement sur la première partie 12, par l' intermédiaire de la potence 62 qui vient en appui contre la surface radiale d' extrémité 56f. Le roulement 58, à gorge profonde et à faces latérales radiales, présente un faible coût de fabrication. Il comprend une bague intérieure 66, une bague extérieure 68, entre lesquelles sont logés une rangée d'éléments roulants 70 réalisés ici sous forme de billes, une cage de maintien 72 de l'espace ci rconférentiel des éléments roulants 10, et deux joints d'étanchéité 74 et 76. Le roulement 58 comprend ici une unique rangée d' éléments roulants, réalisés sous forme de billes. Bien entendu, il est également possible de prévoir un roulement avec plusieurs rangées d'éléments roulants, et/ou d' autres types d'éléments roulants, par exemple des rouleaux. -->La bague intérieure 66 est de type massif. On entend par bague de type massif , une bague dont la forme est obtenue par usinage avec enlèvement de copeaux (tournage, rectification) à partir de tubes, de barres, d'ébauches forgées et/ou roulées. La bague intérieure 66 comprend un alésage 66a de forme cylindrique monté en appui sur la surface extérieure 56a de l 'axe secondaire 56 de support, et délimité par des surfaces latérales radiales 66b et 66c opposées. La surface latérale radiale 66b est monté contre la surface radiale 56b qui forme ainsi surface de butée axiale pour le roulement 58. La bague intérieure 66 comprend encore une surface cylindrique extérieure 66d à partir de laquelle est formée une gorge circul aire toroïdale (non référencée) présentant en section droite un profil interne concave apte à former un chemin de roulement pour les éléments roulants 10, ladite gorge étant orientée vers l' extérieur. La bague extérieure 68, également de type massif, comprend une surface cylindrique extérieure 68a montée à l'intérieur du premier étage 52a de l 'alésage 52, par emmanchement, et délimitée par des surfaces latérales radiales 68b et 68c opposées. La surface latérale radiale 68c vient en appui contre une surface radiale de l ' alésage 56 ménagée entre le premier étage 52a et le second étage 52b de l'alésage 52. Cette surface forme ainsi surface de butée axiale pour le roulement 58. La bague extérieure 68 comporte encore un alésage 68d de forme cylindrique à partir duquel est formée une gorge circulaire toroïdale présentant en section droite un profil interne concave apte à former un chemin de roulement pour les éléments roulants 70, ladite gorge étant orientée vers l'intérieur. -->La bague extérieure 68 comprend également, au niveau de l 'alésage 68d et à proximité des surfaces radiales 68b et 68c, deux rainures (non référencées) annulaires symétriques entre elles par rapport à un plan radial passant par le centre des éléments roulants 10. A l'intérieur desdites rainures sont montés les joints 74 et 76 d' étanchéité aptes à empêcher l' intrusion d'éléments extérieurs indésirables à l'intérieur du roulement 58. Le joint 76 d'étanchéité s 'étend radialement vers l'intérieur et comprend sur le pourtour intérieur une lèvre annulaire qui vient frotter sur la surface extérieure cylindrique 66d de la bague intérieure 66. Le joint 76 d' étanchéité est disposé radialement entre les bagues intérieure et extérieure 66, 68. Le joint 76 d' étanchéité est monté axialement entre les éléments roulants 10 et les surfaces radiales 66c et 68c desdites bagues. Le joint 74 d'étanchéité comprend, quant à lui, un bourrelet 74a annulaire monté à l 'intérieur de la rainure de la bague extérieure 68 et une lèvre 74b interne annulaire venant frotter sur la surface extérieure cylindrique 66d de la bague intérieure 66. Le bourrelet 74a et la lèvre 74b sont disposés radialement entre les bagues intérieure et extérieure 66 et 68, et axialement entre les éléments roulants 70 et les surfaces radiales 66b et 68b des bagues 66 et 68. Le joint 74 comprend également une portion radiale 74c annulaire prolongeant axialement vers le haut le bourrelet 74a et la lèvre 74b, et s ' étendant axialement entièrement à l ' extérieur du roulement 58 jusqu' à proximité de la surface radiale 56d de l'axe secondaire 56. La portion radiale 74c s'étend radialement vers l ' extérieur et vient en appui contre la surface radiale 68b de la bague extérieure 68. Une surface extérieure cylindrique de la portion radiale 74c vient également en appui contre le premier étage 52a de l 'alésage -->n 52. Une surface intérieure cylindrique de la portion radiale 74c est située au voisinage de la surface extérieure 56c de l 'axe secondaire 56. Ainsi, le joint 74 est monté entre la bague intérieure 66 et la bague extérieure 68, et est conformé de manière former avec l 'axe secondaire 56, et plus particulièrement avec la surface extérieure 56c et la surface radiale 56d, des étanchéités par passages étroits afin d' empêcher l' intrusion d' éléments extérieurs indésirables à l ' intérieur du roulement 58. Le joint 74 peut avantageusement être par moulage d'une matière synthétique souple, telle qu'un élastomère. Il peut également comporter une armature métallique (non représentée) pour lui conférer une certaine rigidité. Pour la détection du déplacement angulaire de la seconde partie 14 mobile relativement à la première partie 12, le dispositif de détection 60 comprend un élément codeur 80 et un élément capteur 82 situé sensiblement axialement en regard dudit élément codeur. L' élément codeur 80 est monté dans un logement 81 ménagé à partir de la surface radiale d' extrémité 56g. Ainsi, l 'élément codeur 80 est monté à une extrémité axiale de l'axe secondaire 56, du côté opposé à la potence 62. L' élément codeur 80 est ici centré sur l ' axe 34, et affleure sensiblement avec la surface radiale d'extrémité 56g de l 'axe secondaire 56. L' élément codeur 80 peut par exemple être réalisé sous la forme d'un aimant, de forme générale cylindrique. Il est fixé à l ' intérieur du logement 81 , par tout moyen approprié. L ' élément capteur 82 comprend, quant à lui, une partie active formant capteur 84 et une carte 86 de circuit imprimé rigide formant plaque de support du capteur 84 qui est montée à l ' intérieur du second étage 52b de l 'alésage 52. Le capteur 84 est monté axialement en regard de l' élément codeur 80 avec un faible entrefer axial. Le capteur 84 peut être du type -->magnétosensible, et comporter par exemple une magnétorésistance ou un faisceau de sondes à effet Hall. Le capteur 84 est disposé à faible distance axiale de l ' élément codeur 80, ce qui favorise la compacité de l 'ensemble 50. La carte 86 de circuit imprimé est apte à traiter des données ou signaux transmis par le capteur 84 représentatives de la position angulaire de la seconde partie 14 mobile par rapport à celle de la première partie 12 fixe. A cet égard, la carte 86 peut comprendre un circuit de prétraitement des signaux émis. Pour permettre le montage de la carte 86 de circuit imprimé à l' intérieur de l'alésage 52, le système 10 comprend également deux rondelles d'appui 88 et 90 montées axialement de part et d'autre de ladite plaque. La rondelle d' appui 88 est montée axialement contre la surface radiale 68c de la bague extérieure 68 du roulement 58 et une surface de la carte 86 de circuit imprimé. La rondelle d'appui 88 est réalisée en acier. La rondelle d'appui 90 est montée, quant à elle, axialement contre une surface de la carte 86 opposée axialement à la surface sur laquelle la rondelle d'appui 88 vient en appui, et contre une surface radiale de l ' alésage 52 ménagée entre le second étage 52b et le troisième étage 52c. La rondelle d' appui 90 est réalisée en matière élastique souple, par exemple en élastomère. Ainsi, la rondelle d' appui 90 précontraint axialement la carte 86 de circuit imprimé contre la rondelle d'appui 88, ce qui permet notamment d' absorber d' éventuelles variations dimensionnelles de celle-ci et de garantir en permanence un positionnement axial correct de la carte 86 et l ' absence de j eu axial. En variante, il pourrait -->également être envisageable de prévoir à cet effet une rondelle ondulée axialement élastique. Pour permettre un pilotage de la seconde partie mobile 14 en fonction des signaux émis par le capteur 84, le système 10 peut comprendre encore une unité de contrôle (non représentée) pouvant comporter un élément de filtrage, un convertisseur analogique/numérique pour convertir les signaux émis par le capteur 84. Afin de connecter l'unité de contrôle à la carte 86 de circuit imprimé, l ' ensemble 50 comprend encore un connecteur 92 monté à l ' intérieur d'un alésage 94 étage. L'alésage 94 est ménagé sur la surface extérieure cylindrique de l ' axe principal 30 d'articulation et s ' étend radialement vers l ' intérieur pour déboucher au niveau du troisième étage 52c de l ' alésage 52. Le connecteur 92 s ' étend en partie à l ' intérieur dudit troisième étage 52c de l ' alésage 52. Il est relié à la carte 86 de circuit imprimé, par l'intermédiaire de connections électrique 96. Un joint d' étanchéité 98 est encore prévu entre l 'alésage 94 et le connecteur 92. En fonctionnement, lorsque la seconde partie 14 pivote angulairement par rapport à la première partie 12, les axes d'articulation 30 et 32 solidaires de ladite seconde partie sont également entraînés en rotation. Ainsi, l ' axe principal d' articulation 30 se déplace angulairement autour de l 'axe 34 par rapport à l 'axe secondaire 56 qui est maintenu angulairement fixe par la potence 62 de la première partie 12. Ainsi, ce déplacement angulaire est détecté par le dispositif de détection 60 pourvu du capteur 84 et de l'élément codeur 80 monté sur l ' axe secondaire 56. On obtient ainsi un système comprenant un axe principal d' articulation et un ensemble intégré de détection de paramètres de -->rotation qui est pourvu d'un roulement comportant une bague extérieure, une bague intérieure, et une rangée d'éléments roulants disposés entre les bagues, d'un axe secondaire sur lequel est montée une desdites bagues, l'autre bague étant liée angulairement à l'axe principal d' articulation, et de moyens de détection montés en partie sur l ' axe secondaire. L'ensemble de détection intégré dans l'axe principal d'articulation de façon étanche est ainsi efficacement protégé des chocs et des pollutions diverses en provenance du milieu extérieur. --> REVENDICATIONS 1. Système d'articulation instrumenté pourvu d'au moins un axe principal d'articulation (30) apte à relier une première partie ( 12) et une seconde partie mobile ( 14) pivotante par rapport à la première partie, et d'un ensemble de détection (50) de paramètres de rotation de la seconde partie, caractérisé en ce que l ' axe principal d' articulation (30) comprend un logement (53 ) à l ' intérieur duquel est monté l 'ensemble de détection (50). 2. Système selon la revendication 1 , dans lequel le logement est ménagé à une extrémité axiale de l ' axe principal d'articulation. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l ' ensemble de détection (50) est pourvu d'un axe secondaire (56) et d'un dispositif de détection (60) monté en partie sur l ' axe secondaire. 4. Système selon la revendication 3 , dans lequel l 'ensemble de détection (50) est pourvu en outre d'un roulement (66) comprenant une bague extérieure (68), une bague intérieure (66), et des éléments roulants disposés entre les bagues, l 'axe secondaire (56) étant monté sur une desdites bagues, l ' autre bague étant liée angulairement à l'axe principal d' articulation. 5. Système selon la revendication 4, comprenant en outre des moyens (62) montés sur l 'une des première et/ou seconde parties ( 12) et aptes à maintenir l ' axe secondaire (56) angulairement fixe par rapport à la première partie. 6. Système selon la revendication 4 ou 5 , dans lequel le roulement (66) comprend un joint (74) d'étanchéité conformé pour obtenir, en coopération avec l'axe secondaire (56), des étanchéités par passages étroits. 7. Système selon l 'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel la bague intérieure est montée sur l 'axe secondaire (56). -->8. Système selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel la bague extérieure est montée contre un alésage (52) du logement (53). 9. Système selon l 'une quelconque des revendications 3 à 8, dans lequel le dispositif de détection (60) comprend un élément codeur (80) et un élément capteur (82) situé axialement en regard dudit élément codeur. 10. Système selon la revendication 9, dans lequel l 'élément codeur (80) est monté à une extrémité axiale de l 'axe secondaire (56). 1 1 . Système selon la revendication 9 ou 10, dans lequel l ' élément capteur (82) est monté contre une carte (86) de circuit imprimé en appui contre une surface radiale du logement. 12. Engin de terrassement comprenant un système d'articulation instrumenté selon l'une quelconque des revendications précédentes.