HOMOKINETIC COUPLING MECHANISM

Abstract: 1. A homo-kinetic coupling mechanism between a rotary driving shaft (1) with axis DELTA 1 and a rotary driven shaft (2) with axis DELTA 2 , this mechanism being in particular usable in robotics, the two shafts (1, 2) each carrying a jointing element (3, 4) coaxial with the respective shaft, each one of these jointing elements being held in a sleeve (9, 10) in relation to which it is swivelling, the two jointing elements being interconnected by at least one couple of two rods (6, 7) joined up by a rotary articulation whose articulating pin (8) is parallel to a direction DELTA 0 perpendicular at the same time to the two axes DELTA 1 and DELTA 2 , each one of the two rods (6, 7) being capable of freely sliding and swivelling in the jointing element (3, 4) which is associated therewith, so that its axis remains parallel with the axis of the shaft carrying the said jointing device, the distances of the axes of the two rods (6, 7) of a couple of rods in relation to that of the axes DELTA 1 , DELTA 2 which is parallel there with being equal to the same value r for all the couples of rods, all the articulating pins (8) of the two rods (6, 7) of a couple of rods being parallel, the sleeves (9, 10) being jointed by an articulated rhombic interlinkage allowing each sleeve (9, 10) to swivel around one or the other of the two articulating pins ((12, 13) for sleeve (9) and (14, 15) for sleeve (10)) parallel to DELTA 0 and disposed at a distance r from the axis of the corresponding sleeve (9, 10) characterised in that to ensure a reliable functioning whatever the angle (DELTA 1 , DELTA 2 ) being between 45 and 315 degrees and, in particular for 180 degrees, the axes DELTA 1 , DELTA 2 and the axes of the two rods (6, 7) of each couple of rods being interspaced by the same distance d, not equal to zero, measured along DELTA 0 .

Description: MECANISME D'ACCOUPLEMENT HOMOCINETIQUE. La présente invention a trait à un mécanisme d'accoue plement homocinétique entre deux arbres rotatifs. On sait qu'il est souvent nécessaire de transmettre un mouvement de rotation entre un arbre menant entraîné par un organe moteur et un arbre mené qui fait avec le précédent un angle variable. Pour lier les rotations de deux axes concourants, on connaît l'articulation à cardan qui est d'une réalisaticn rela tivement simple mais qui présente un double inconvénient : en premier lieu, le rapport des vitesses de rotation des deux arbres n'est pas constant en cours de rotation et il varie à chaque tour entre un maximums et un minimum qui est fonction de l'angle des axes des deux arbres ; en deuxième lieu, une transmission de ce type n'est pratiquement réalisable de façon satisfaisante que si l'angle des axes des arbres est compris entre 135 et 1800. On a déjà proposé un joint homocinétique permettant de transformer une rotation autour d'un axe en une rotation autour d'un axe concourant avec le premier en conservant la vitesse angulaire : un tel joint connu sous le nom de "joint de KOENIGS" a, en particulier, été décrit dans l'ouvrage "LECONS DE CINEMA TIQUE" de Raoul BRICARD, tome Il, pages 203-204, édité chez #UTHIER-VILLARS en 1927. L'utilisation d'un tel accouplement a d'ailleurs été proposée dans le brevet français n0 2 274 827. Avec un tel dispositif, on peut faire varier l'angle des axes concourants des deux arbres accouplés entre 45 et 315 , mais il se présente un inconvénient essentiel qui annule la fiabilité de fonctionnement lorsque l'angle des arbres varie au voisinage de 1800. En effet, un dispositif de ce type comporte, sur chaque arbre, un cylindre dans lequel peut coulisser et tourillonner une tige dont l'axe est parallèle à l'axe de l'arbre mais décalée par rapport à celui-ci ; les deux tiges associées aux deux cylindres ont leurs axes concourants et sont articulées autour d'un axe perpendiculaire au plan formé par les deux axes concourants des deux arbres ; bien entendu, il est possible d'associer plusieurs couples de tiges à un même couple de cylindres, tous les axes d'articulation des deux tiges d'un même couple étant parallèles. Si l'angle formé par les deux arbres est égal à 1800, c'est-à-dire si les axes des deux arbres sont alignés, il est clair que les axes des deux tiges d'un même couple sont également alignés et que, par conséquent, rien ne s'oppose à ce qu'un couple de tiges tourillonne dans les deux cylindres associés aux deux arbres. Dans ce cas, l'axe d'articulation de ce couple de tiges ne reste pas parallèle aux axes des autres couples et il devient totalement impossible de faire varier ultérieurement l'angle des axes des deux arbres, c'està-dire que l'articulation des deux arbres ne peut plus se plier. Pour tenter de remédier à cet inconvénient, on a imaginé, lorsque les tiges sont dans la position qui correspond à un alignement des deux arbres, de lier mécaniquement les rotations des tiges des différents couples, ce qui impose déjà une complexité de réalisation non négligeable ; mais en outre, ce palliatif, s'il permet de maintenir le parallélisme de tous les axes d'articulation des couples de tiges, ne permet pas d'assurer que la direction de ces axes reste constante dans l'espace par rapport au plan initialement défini par les axes des deux arbres accouplés ; il en résulte que, si l'axe de l'un des arbres est fixe, il n'est pas possible d'assurer que l'axe de l'autre arbre soit maintenu dans un plan fixe lorsque l'accouplement passe par la position où les deux-arbres sont alignés. En d'autres termes, si le plan de déplacement de l'arbre mobile est imposé, le fait de rendre solidaires les rotations des tiges des différents couples quand les deux arbres sont alignés n'empêche pas que tous les axes d'articulation des couples de tiges peuvent se décaler par rapport à la direction normale au plan de débattement imposé pour l'arbre mobile, auquel cas l'accouplement est bloqué dans la position d'alignement et ne peut plus jouer son role d'accouplement à angle variable. La présente invention a pour but de proposer un autre type d'accouplement homocinétique, qui permet d'éviter l'incon- vénient précité sans qu'il soit nécessaire de prévoir de dispositif mécanique complexe. L'accouplement selon l'invention met en oeuvre deux arbres, dont les axes ne sont pas concourants et dont la distance, mesurée sur leur perpendiculaire commune, est égale à d. Selon l'invention, on a constaté que l'on pouvait obtenir un accouplement homocinétique en munissant chacun des deux arbres d'un organe de liaison, analogue aux cylindres décrits dans l'tat de la technique pour le joint de XOENIGS, les deux organes de liaison étant reliés entre eux par au moins un couple de tiges articulées entre elles ; les deux tiges d'un meme couple sont équidistantes des axes des deux arbres et leur distance, mesurée sur leur perpendiculaire commune, est égale d. Il est clair que, dans ces conditions, si les deux arbres se trouvent dans le prolongement l'un de l'autre, les deux tiges d'un même couple n'ont pas un axe commun et ne peuvent donc plus tourner autour dudit axe commun ; il en résulte que la direc tion de l'axe d'articulation d'un couple de tiges est maintenue constante, quel que soit l'angle des axes des deux arbres, cette direction étant, bien entendu, perpendiculaire au plan constitué par les axes des deux arbres lorsque ceux-ci ne sont pas dans le prolongement l'un de l'autre. On voit donc que l'accouplement selon l'invention évite tous les inconvénients présentés par les accouplements du type "joint de KOENIGS" tout en permettant de bénéficier des mêmes avantages, à savoir la possibilité d'un grand débattement angulaire des deux arbres et la conservation de la vitesse angulaire. La présente invention a, en conséquence, pour objet le produit industriel nouveau que constitute un mécanisme dlac- couplement homocinétique entre un arbre menant rotatif d'axe étant un arbre mené d'axet 2 > t0étant la perpendiculaire com et un arbre mené d'axe axes #1 et #2 les deux arbres portant chacun un or gane de liaison, les deux organes de liaison étant reliés entre eux par au moins un couple de deux tiges assemblées par une ar ticulation de rotation d'axe parallèle in chacune des deux tiges pouvant coulisser et tourillonner librement dans l'organe de liaison qui lui est associé, de façon que son axe reste parallèle à l'axe de l'arbre qui porte ledit organe de liaison, les distances des axes des tiges d'un couple par rapport à celui des axes #1 et #2 qui leur est parallèle, étant égales, caractérisé par le fait que les axes # 1 et #2 sont distants d'une longueur d non nulle, mesurée sur leur perpendiculaire commune, les axes des tiges d'un même couple de tiges reliant les deux organes de liaison étant distants de la même longueur d. Dans un mode préféré de réalisation, les deux organes de liaison sont identiques ; les deux organes de liaison sont des cylindres solidaires des arbres menant et mené, lesdits cylindres ayant pour axes A et 2 respectivement et étant 1 2 maintenus chacun par un manchon dans lequel ils tourillonnent, les deux manchons étant reliés entre eux par une articulation permettant un pivotement autour d'un axe parallèle #o ; l'ar- ticulation des deux manchons est réalisée au moyen d'un contre losange articulé comportant des biellettes et permettant un pivotement autour de l'un ou l'autre de deux axes parallèles à et etéquidistants des axes 1 et t2 un tel type d'articulation est connu dans l'état de la technique et a été décrit dans l'ouvrage "LECONS DE CINEMATIQUE" de Raoul BRICARD, tome Il, pages 155 à 157, édité par CAUTHIER-VILLARS en 1927 ; les tiges coulissent et tourillonnent dans des alésages des cylindres, qui leur sont associés, avec interposition de fourreaux à billes; le mécanisme comporte une pluralité de couples de tiges, de préférence trois ou quatre couples ; les tiges associées à un même organe de liaison ont des axes constituant des génératrices d'un cylindre de révolution d'axe au ou# 82 selon l'organe de liaison 1 2 concerné ; les deux axes d'articulation des deux manchons sont distants d'un longueur égale au diamètre du cylindre sur lequel se trouvent les axes des tiges d'un meme organe de liaison. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemple purement illustra- tif et non limitatif, un mode de réalisation représenté schématiquement sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 représente, schématiquement en perspec tire, un mécanisme selon l'invention représenté avec un seul couple de tiges - la figure 2 représente, schématiquement, le mécanisme de la figure 1 vu en plan perpendiculairement à un plan paral lèle aux axes# 1 et t2etA des deux arbres à accoupler 1 2 - la figure 3 représente, schématiquement, l'articulation que l'on peut prévoir entre les deux manchons où tourillonnent les organes de liaison associés aux deux arbres du mécanisme, cette articulation étant représentée en élévation - la figure 4 représente, en perspective, la zone d'ar ticulation des manchons d'un mécanisme d'accouplement selon l'invention. En se référant à la figure 1, on voit que l'on a dési gué par 1 l'arbre menant d'un mécanisme d'aceouplement et par 2 l'arbre mené. L'axe de l'arbre 1 est désigné par #1 ; l'axe de l'arbre 2 est désigné par #2 ; la distance des axes #1 et 2 mesurée sur leur perpendiculaire commune #t0, est désignée sur la figure par Oî 02 P d. Les arbres 1 et 2 sont solidaires respectivement de deux cylindres 3 et 4 constituant des organes de liaison. Les cylindres 3 et 4 ont respectivement comme axes les axes 1 etn ; ils comportent chacun quatre alésages 5 1 2 ayant des axes parallèles à l'axe des cylindres dans lesquels ils sont pratiqués ; les axes des alésages 5 sont tous situés à la même distance des axes des cylindres 3 et 4 dans lesquels ils sont pratiqués et ils ont tous le même rayon. Dans chacun des alésages 5 du cylindre 3, on dispose une tige 6 ; dans cha cun des alésages 5 du cylindre 4 > 4, dispose une tige 7. Les tiges 6 et 7 constituent quatre couples de tiges 6-7, les axes des tiges d'un meme couple étant distants de la longueur d, me surée sur leurs perpendiculaires communes respectives. Les perpendiculaires communes aux axes des tiges 6,7 des quatre couples sont parallèles à la droite t0. Sur la figure 1, pour une question de clareté, on a représenté uniquement un couple de tiges 6-7. Les tiges 6 et 7 d'un même couple sont reliées entre elles par un axe d'articulation 8. En se reportant à la figure 2, on voit que les deux organes de liaison constitués par les cylindres 3 et 4 sont disposés dans des manchons 9 et 10 respectivement. Les cylindres 3 et 4 peuvent tourillonner dans leurs manchons 9 et 10 avec interposition d'un palier à billes. Les manchons 9 et 10 sont donc maintenus fixes par rapport à la rotation des arbres 1 et 2. Les manchons 9 et 10 sont articulés l'un par rapport à l'autre pour permettre de faire varier l'angle &alpha; des axes #1 et #2 vus en projection sur un plan perpendiculaire à #o. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement en 11 un axe d'articulation permettant le pivotement du manchon 10 par rapport au manchon 9 ; bien entendu, l'axe 11 est parallèle àn Sur la figure 3, on a représenté, sehématiquement, le mode d'articulation adopté pour le mouvement relatif des manchons 9 et 10. Ce mode d'articulation constitue simplement la mise en oeuvre d'une articulation de type connu dénommée "contre-losange articulé". Le manchon 9 porte deux pattes 9a, 9b symétriques par rapport à l'axe #1 et sensiblement paral lèles à cet axe ; de meme, le manchon 10 porte deux pattes loua, lOb symétriques par rapport à #2 et sensiblement parallèles à #2. Les pattes 9a, 10a sont lorsque#1 et #2 sont alignés, dans le prolongement l'une de l'autre ; il en est de même des pattes 9b, lOb. Les pattes 9a et 9b portent, au voisinage de leurs extrémités libres, deux axes 12 et 13 parallèles an et o équidistants de #1 ; de même, les pattes 10a, 10b portent, au voisinage de leurs extrémités libres, deux axes 14 et 15 paral lèles à #o et équidistants de # 2. Les axes 12 et 14 sont dans le prolongement l'un de l'autre, de même que les axes 13 et 15, lorsque #1 et #2 sont dans le prolongement l'un de l'autre. Les axes 12 et 15 sont reliés par une biellette 16 ; les axes 13 et 14 sont reliés par une biellette 17. On voit que l'on réalise ainsi un contre-losange articulé. Si l'on suppose l'axe A1 fixe, on peut faire pivoter l'axe #2 soit autour d'un axe de rotation défini par l'axe 13, soit autour d'un axe de rotation défini par l'axe 12, les axes 12 et 13 étant symétriques par rapport à l'axe #1 et distants d'une longueur égale au diamètre du cylindre dont les axes des tiges 6 constituent des génératrices. De la meme façon, si #2 es-t supposé fixe, le pivotement de 1 peut se faire soit autour de l'axe 14, soit autour de l'axe 15. Sur la figure 3, on a représenté un axe 15 ayant un plus grand diamètre que l'axe 13 pour pouvoir le dessiner mais, en fait, les diamètres sont identiques. L'avantage de ce type d'articulation des manchons 9 et 10 est que l'on peut, de la sorte, réduire les longueurs des parties des tiges 6 et 7, qui se trouvent à l'ex- trieur des alésages 5, puisque l'on adopte l'un ou l'autre de deux axes de pivotement possibles selon que l'angle &alpha; est inférieur ou supérieur à 1800. Les tiges 6 et 7 coulissent et tourillonnent dans leurs alésages 5 avec interposition de fourreaux à billes 18 afin d'améliorer le rendement mécanique de l'accouplement. Il est bien entendu que le mode de réalisation ci-dessus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention.

Claims: Revendications 1 - Mécanisme d'accouplement homocinétique entre un arbre menant rotatif (1) d'axe #1 et un arbre mené (2) d'axe #1, #o étant la perpendiculaire commune des axes #1 et #2 les deux arbres portant, chacun, un organe de liaison (3,4), les deux organes de liaison étant reliés entre eux par au moins un couple de deux tiges (6,7) assemblées par une articulation de rotation dont l'axe (8) est parallèle à Ao > chacune des deux tiges (6,7) pouvant coulisser et tourillonner librement dans l'organe de liaison (3 ou 4) qui lui est associé, de façon que son axe reste parallèle à l'axe de l'arbre qui porte ledit or gane de liaison, les distances des axes des tiges (6,7) d'un couple par rapport à celui des axes #1 et #2 qui leur est parallèle étant égales, caractérisé par le fait que les axes Ai et #2 sont distants d'une longueur d non nulle, mesurée sur leur perpendiculaire commune, les axes des tiges (6 et 7) d'un meme couple de tiges reliant les deux organes de liaison (3,4) étant distants de la même longueur d. 2 - Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux organes de liaison (3,4) sont iden tiques. 3 - Mécanisme selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les deux organes de liaison sont des cylindres (3,4) solidaires des arbres menant (1) et mené (2), lesdits cylindres ayant pour axes #1 et #1 #2 respectivement et étant maintenus chacun par un manchon (9,10), dans lequel ils tourillonnent, les deux manchons (9,10) étant reliés entre eux par une articulation permettant un pivotement autour d'un axe parallèle aao 4 - Mécanisme selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'articulation des deux manchons (9,10) est réalisée au moyen d'un contre-losange articulé comportant des biellettes (16,17) et permettant un pivotement autour de l'un ou l'autre de deux axes (12,13 ou 14,15) parallèles àA0 et équidistants des axes h 1 et 2. 5 - Mécanisme selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que les tiges (6,7) coulissent et tourillonnent dans des alésages (5) des cylindres (3,4), qui leurs sont associés, avec interposition de fourreaux à billes (18). 6 - Mécanisme selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte une pluralité de couples de tiges (6,7), de préférence trois ou quatre couples. 7 - Mécanisme selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les tiges *(6 ou 7) associées à un même organe de liaison (3 ou 4) ont des axes constituant des génératrices d'un cylindre de révolution d'axe 1 ou ss 2 selon l'organe de 2 liaison concerné. 8 - Mécanisme selon les revendications 2, 4 et 7 prises simultanément, caractérisé par le fait que les deux axes d'articulation (13,14) des deux manchons (9,10) sont distants d'une longueur égale au diamètre du cylindre sur lequel se trouvent les axes des tiges (6 ou 7) d'un même organe de liaison (3 ou4).

Inventors: HERVE, JACQUES
Applicants: ECOLE CENTRALE DES ARTS ET MANUFACTURES
Application year: 1981
Main classification: F16D3
IPC codes: F16D3