FR2669977A1 - Precision joint for a connection with alignment adjustment - Google Patents

Abstract

Precision joint for producing an articulated connection with alignment adjustment, characterised in that it is composed of a longitudinal central element formed of a spindle and of two spherical taps mounted on this spindle, and of a cage with spherical dishes, mounted so that they can be brought together with respect to the spherical caps by a closure piece to be screwed onto the end of the cage. This invention is of interest to any user of precision articulated connections.

Description

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. The present invention relates to a precision articulation of the ball-and-socket type for producing an articulated connection with alignment adjustment.

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. It relates more particularly to a ball joint in order to adjust and then save a precision alignment in a connection with two ball joints.

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. In order to benefit from the advantages of flexibility and the omnidirectional nature conferred by the ball joints, it is often preferred to use two ball joints in all mechanical connections requiring several degrees of freedom on either side of a control member connected to a or to several items ordered.

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. In conventional preassembled ball joints, the movement of the joint results from the functional play existing between the convex part which is free and the concave part secured to the fixed support or the reverse.

Ce jeu fonctionnel s'avère nécessaire pour permettre le débattement de l'articulation sans contrainte mecanique autre que la simple transmission de l'effort. This functional play is necessary to allow the movement of the joint without mechanical stress other than the simple transmission of the force.

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. Now, the induced or direct oscillatory movements, for example vibrations transmitted to the ball joint by mechanical connections, only make the facing surfaces work against one another, unlike their normal sliding movement, one on the other. 'other.

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.  These movements lead to wear or dulling of the machined surfaces which is detrimental to the good mechanical strength of the joint. Thus, after a certain time, the surfaces no longer work correctly in sliding against one another due to their deformation caused by the repeated mechanical action of one against the other of the facing surfaces.

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. The transmitted vibrations are amplified and the functional play only increases until the deterioration of the joint then its decommissioning due to the defects it presents.

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. The object of the invention is to remedy the main drawback resulting from the use of the ball joints in any mechanical connection, namely the constant maintenance of the functional play which they necessarily have of origin by taking up or compensating for the additional play due to wear. .

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. The object of the invention also relates to the adjustment and locking in alignment of the ball joints forming an articulated connection, composed of two ball joints arranged on either side of a control member.

On appuie sur les rotules en vue de les bloquer lorsque le réglage d'alignement est terminé. The ball joints are pressed to lock them when the alignment adjustment is complete.

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.The concave and convex component parts of the ball joint are subjected to a blocking pressure by a combination of mechanical means mounted on the ball joint housing coaxially with the axis of the ball joint.

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. To this end, the invention relates to a precision ball joint, characterized in that it consists of a central element formed by a ball joint axis carrying two concave bearing parts kept spaced from one of the other, and of a housing mounted in an opening of a mechanical support and crossed by the ball joint axis, comprising opposite each piece in a spherical cap a convex receiving piece in a lower and upper bowl, each resting in a seat, said housing being closed by a closure piece mounted by screwing on the body of the housing making it possible to bring closer then to support or to block, by bearing or clamping contact, at least one bearing surface of a bearing piece on or in a surface of a receiving room.

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. In the chosen application example, the articulated connection is made on either side of a load cell or more generally a force sensor. This articulated link is double. On the one hand, it combines the load cell with a mechanical block subjected to a force or a torque in the form of a first ball joint, on the other hand the load cell with a fixed mechanical frame in the form of a second ball joint.

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. To avoid generating parasitic forces distorting the measurements, it is of the utmost importance that the points of application of the forces are aligned. Thus, a perfect alignment between the ball joints at the two ends of the load cell and its maintenance during all the measurement phases are the two essential conditions to guarantee the quality of the measurements.

En effet, une simple et faible déviation angulaire par rapport à l'axe du peson introduit des efforts étrangers faussant les mesures. Indeed, a simple and small angular deviation with respect to the axis of the load cell introduces foreign forces distorting the measurements.

Or, ces mesures relèvent d'une précision importante, et la moindre perturbation ne permet plus de garantir la précision requise. However, these measurements are of great precision, and the slightest disturbance no longer guarantees the required precision.

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. In addition to that indicated above, the examples of applications of the invention are manifold. These are all cases where precision alignment is necessary between a drive unit and a controlled element. We can cite the case, for example, of rotating electrical machines, but also of so-called swivel jacks providing axial forces, in which the removal of the play allows the transmission without delay or reaction time of the entire force.

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.  More generally, it is also all cases of alignment with suppression, adjustment, catching up or compensation for a drift or an increase in the functional clearance consecutive to normal or premature wear related to the state of the organs neighbors.

De nombreux avantages découlent de l'application de l'articulation à rotule selon l'invention. Many advantages arise from the application of the ball joint according to the 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.These include the ability to keep a perfect setting
alignment by the use of mechanical means
simple easily catch up with the extra play due to
wear without having to replace the joint with a
long, delicate and costly intervention by the
maintenance service allow quick and easy mechanical assembly of the
ball joint and its housing.

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.The technical characteristics and other advantages of the invention are given in the description which follows, given by way of nonlimiting example on an embodiment with reference to the accompanying drawings in which. Figure 1 is a sectional view of an example of
realization of a joint in accordance with
the invention, housed in a mechanical support. Figure 2 is an elevational view showing the
power take-off and connection to two ball joints
on either side of the scale. Figure 3 is a general profile view illustrating
an example of application to the measurement of the torque of a
electric motor by a load cell. Figure 4 is a side view illustrating
the application example above. Figure 5 is the longitudinal sectional view
corresponding to 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.  The precision joint according to the invention consists of a longitudinal central element 1 and of a housing 2 enclosing and maintaining the central element for its immobilization in a precise direction.

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. The longitudinal central element is formed by two opposite lower 3 and upper 4 spherical caps, crossed by an axis 5 and held at a distance from each other by a median and coaxial tubular spacer 6, carried by the same axis 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. The two caps 3 and 4 are held tight against the central spacer 6 by an upper stop piece 7 and a lower nut 8 which bears on the lower cap by means of a pressure sleeve 9.

Cet ensemble constitue l'élément central longitudinal 1 de l'articulation à rotule de précision selon l'invention. This assembly constitutes the longitudinal central element 1 of the precision ball joint according to the 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. I1 is housed in a cage 10 mounted in a corresponding circular opening II of a mechanical part intended to connect a member by the ball joint according to the invention. Immobilization is achieved by an upper circular shoulder 12 by which the cage 10 rests on the upper edge of the opening 11 and by a closure nut 13 mounted on the projecting threaded upper end 14 and bearing on the opposite circular edge of the opening.

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. The cage 10 has a body of generally cylindrical shape and of diameter practically identical to that of the opening so as to fit it perfectly.

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. Immobilization on this mechanical part is guaranteed by the closure nut 13 now in abutment bearing the upper circular shoulder 12 against the edge of the opening 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. The cage 10 has beyond the shoulder 12 a threaded lower end 15 on which is screwed a closure part 16 internally threaded.

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. The cage 10 has internally a bottom 17 in the form of a seat furnished with a lower annular ring 18 shaped, in its central part, in a bowl adapted to the volume of the lower spherical cap so as to bear on the surface facing the latter.

De façon identique, la cage 10 est garnie par une bague annulaire cuvette superieure 19 à partie centrale conformée en cuvette. Similarly, the cage 10 is lined with an annular ring on the upper bowl 19 with a central part shaped like a bowl.

Celle-ci porte sur la surface en regard de la calotte sphérique supérieure. This relates to the surface facing the upper spherical cap.

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. This upper cup ring 19 is more or less constrained in tightening by the axial thrust of the closing piece 16. The latter is immobilized by a screw 20 engaging in one or the other of the tapped holes such as 21 or 22, distributed uniformly over the peripheral edge of the opening.

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. To seal against the lubrication material contained in the cage 10 of the ball joint, a lower annular seal 23 and an upper annular seal 24, coaxial with the axis 5, close the cage at each of its ends.

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. To better understand the invention, an example of application to the precise measurement of the driving torque of an electric motor will now be described with reference to FIGS. 2, 3, 4 and 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. An electric motor 25 is mounted floating by its stator 26 on a fixed frame 27 by means of two bearing bearing bearings 28 and 29 disposed at each of the ends of the output shaft 30 and 31 of the motor shaft 32.

Ainsi le stator 26 est entièrement libre par rapport au bâti fixe 27. Thus the stator 26 is entirely free relative to the fixed frame 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. On the stator 26 forming a carcass is mounted an arm 33 for taking motion. The useful length "d" of this arm corresponds to the distance existing between the geometric axis of the drive shaft 32 and its point of application 34. This arm is mechanically connected to the upper axis 35 of the output of a sensor force forming a load cell 36 by an upper ball joint 37 according to the 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. Likewise, the lower axis 38 of the load cell 36 is connected to the fixed frame 27 by means of a lower ball joint 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. The measurement of the torque is carried out in a conventional manner. The torque exerted on the stator 26 corresponds to the driving or braking torque of the electric motor 25. This torque is determined by measuring the axial bearing force of the axis of the ball joint which is, in the example chosen, the load cell axis 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. A very small angular displacement is sufficient for the measurement, that is to say the transmission of the tangential force and its detection by the load cell force sensor, then its determination.

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. It is important, to keep all the desired precision of the measurements, to respect and keep a perfect alignment between the upper and lower ball joints 37 and 39 so as to be free of any parasitic component.

Cette caractéristique est obtenue et maintenue pendant toutes les mesures grâce à l'invention. This characteristic is obtained and maintained during all the measurements thanks to the 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.  It is understood that beyond the means described, various obvious modifications and simple variants fall within the scope of the present invention.

Claims (8)

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. I. Ball joint for an articulated link to take up play or to adjust and save an alignment, characterized in that it consists of a central element formed by a ball joint axis carrying two concave bearing parts, maintained distant from each other, and from a housing mounted in an opening of a mechanical support and crossed by the ball joint axis, comprising opposite each piece in a spherical cap a convex receiving piece in a lower and upper bowl , each resting in a seat, said housing being closed by a closure piece mounted by screwing on the body of the housing, making it possible to bring closer then to support or to block, by contact of support or tightening, at least one surface of support of a load-bearing part on or in a surface of a receiving part. 2. Articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les pièces d'appui et les pièces réceptrices sont à concavité sphérique. 2. Joint according to claim 1, characterized in that the support parts and the receiving parts are spherical concavity. 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. 3. Joint according to claims 1 and 2, characterized in that the housing has an abutment shoulder against at least one edge of the opening and in that the abutment on the opposite edge of the opening is produced by means of a nut engaged on the opposite end of the opening and in contact with support on the opposite edge of the opening. 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. 4. Joint according to any one of the preceding claims, characterized in that the load-bearing parts are kept at a distance by a tubular spacer mounted on the ball joint axis. 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.  5. Joint according to claim 4, characterized in that the bearing parts are tightened against the spacer by nuts mounted on the threaded ends of the ball joint axis. 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. 6. Joint according to claims 4 and 5, characterized in that one of the ends of the ball joint axis comprises a tubular spacer disposed between the receiving part and the corresponding nut. 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. 7. Joint according to any one of the preceding claims, characterized in that an annular seal is mounted on the end of the ball joint axis, in line with its outlet passage with each end piece. 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.  8. Joint according to any one of the preceding claims, characterized in that it is used on each side of a load cell and in that the alignment adjustment is maintained by blocking support of the receiving parts on the parts d 'support.