FR2685411A1 - Device for rotational coupling and its application to a rolling-contact bearing with built-in sensor - Google Patents
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Abstract
Description
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. The present invention relates to a device for rotationally coupling a driving member and a driven member both mounted for rotation about a common axis, and an application of such a device to a bearing with incorporated sensor.
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. In many sectors of industry, it is necessary to couple in rotation a driving member and a driven member which are both movable in rotation along a common axis. Many coupling devices have already been proposed to ensure such continuity of rotation. However, the known devices do not make it possible to systematically solve the problems which arise when one of these two driving and driven members is likely to become offset relative to the other, whether by eccentricity or inclination and, also, when 'it is likely to shift axially by a translation approximately parallel to the common axis.
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. This type of situation is encountered, for example, in connection with automobile steering columns for which it is desired to assess the amplitude and / or the speed or even the acceleration of the rotation communicated to a train of steered wheels using of the steering wheel operated by the driver.
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. To appreciate this type of movement, it has been proposed, in particular, to use ball or needle bearings which are equipped with an incorporated sensor made of a transmitter-encoder and a detector, one of which is associated with one of the bearing rings and the other of which is associated with the other of the bearing rings; in such a bearing one of the two rings is fixed and mounted on a support while the other of the rings is mobile and secured to a shaft driven in 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. The documents FR 2 660 028 and 2 660 975 propose embodiments of bearings with an angular position sensor incorporated more specifically intended for equipping the wheels of a vehicle. However, it will be observed that the solutions proposed by these documents are not insensitive to an offset and / or to an axial offset relative to the fixed and mobile parts which can influence the relative positions of the transmitter-encoder and of the detector of the sensor, the signal it emits can thus be adversely affected, and that these documents are silent with regard to such a problem.
Le but de l'invention est de remédier à la plupart des inconvénients rappelés brièvement précédemment. The object of the invention is to remedy most of the drawbacks mentioned briefly above.
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. The subject of the invention is a device for coupling in rotation a driving member and a driven member both mounted mobile in rotation about a common axis in order to make it insensitive to the decentering and / or to the axial offset of the one of these organs relative to the other. This coupling device is remarkable in that it comprises elongated depressions parallel to this axis formed at the periphery of one of these members, elastic fingers which are biased towards this axis and one of the ends of which is integral with the other of these organs, and studs at the other end of these fingers which are engaged without play each in a corresponding depression, at least one of these depression and stud of each couple having in cross section perpendicular to this axis a profile converging towards this axis.
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. The invention also relates to the application of such a device to a bearing with incorporated sensor made of a transmitter-encoder and a detector, one of which is associated with one of the two rings of the bearing and the other of which is associated with the other of the bearing rings, and for which on the one hand, the driving member is a shaft whose periphery constitutes one of these rings and, on the other hand, the driven member is an annular ring placed in a housing integral in rotation with the other of these rings.
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.Other characteristics of the invention will emerge from reading the description and the claims which follow, as well as from examining the appended drawing, given only by way of example, where
- Figures 1 and 2 are partial end views and in elevation of an embodiment of a coupling device according to the invention; and
- Figure 3 is a partial meridian section of an incorporated sensor bearing fitted with a coupling device according to the 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. The devices for rotating coupling of a driving member and a mounted driven member, both movable in rotation about a common axis, as well as the bearings being well known in the art, we will only describe in what follows which relates directly or indirectly to the invention. For the rest, the skilled person in the technical sector considered will draw on the current conventional solutions at his disposal to deal with the particular problems with which he is confronted.
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. In what follows, the same reference number always identifies the same homologous element whatever the embodiment or its variant of execution.
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. For the convenience of the description, each of the components of a coupling device according to the invention will be described successively before explaining the assembly and operation, or even the manufacture.
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. A device 10 for rotary coupling according to the invention is intended to associate a driving member 20 and a driven member 30 which are both movable in rotation along a common axis A. The driving member 20 and the driven member 30 are not only capable of turning relatively to one another but also, possibly, subject to undergo a certain displacement, at least momentarily, relatively to each other, along a translation approximately parallel to this axis.
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. The device 10 comprises, among other things, elongated depressions 11, parallel to the axis A and formed on the periphery of one of these members, for example on the periphery 21 of the driving member 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.This device 10 also includes elastic fingers 12 which are biased towards this axis
A and one of whose ends 121 is integral with the other of these members, for example a wall 31 of the driven member 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. This device also comprises studs 13 at the other 122 of the ends of these fingers 12 which are engaged without play each in one of the corresponding depressions 11.
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. To obtain this mutual engagement without play of these studs and depression of each couple in contact, at least one of these depression and stud of each couple has, in cross section perpendicular to the axis A, a profile converging towards this axis.
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. As can be seen in the drawing, preferably the depressions 11 have, in cross section perpendicular to the axis A, a geometry converging towards the latter. Likewise, the studs 13 preferably have a cross section perpendicular to the axis A, a configuration converging towards the latter.
On utilise, de préférence, trois dépressions et trois doigts avec des plots équidistants, répartis angulairement à 1200, les uns des autres. Preferably, three depressions and three fingers are used with equidistant studs, angularly distributed at 1200, from each other.
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. As can be understood, thanks to the elasticity enjoyed by the fingers 12 which are biased towards the axis A, the studs 13 which are engaged in the depressions 11 reside there without play due to the convergence given to the profile and in particular to the configuration of the studs and the geometry of the depressions. It is clear that it is not necessary to use this convergence simultaneously both for the configuration of the pads and for the geometry of the depressions and that it is sufficient that one or the other of these configuration and geometry has this convergence towards the axis.
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. According to preferred embodiments, these depressions are grooves or oblong bowls and these studs are spherical caps or truncated cones.
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. To give the required elasticity of the fingers 12, they are given a beam structure, for example embedded at one of its ends, which work on bending. However, if the elasticity thus obtained is not sufficient, the fingers can be provided, for example near the ends which carry the studs, with an elastic ring 14 for example a bent coil spring whose two ends are joined , an elastomer O-ring, a split piano wire rod.
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,.... In the embodiment illustrated on the
Figures 1 and 2, the driving member 20 is in the form of a shaft and the driven member 30 is presented in the manner of an annular crown which are respectively arranged so that the depressions are formed on the periphery 21 of the shaft and that the end 121 of the elastic fingers is made integral with a wall 31 of the annular ring. The end 121 of the fingers 12 is made integral with the wall 31 of the annular ring in any suitable manner known, for example by crimping, welding, bonding, screwing, riveting, overmolding, etc.
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. Owing to the characteristics adopted according to the invention for the rotary coupling device, it can be seen that the transmission of a torque from the member leading to the driven member can take place absolutely independently of the particular own centralizations given to the driving member and the driven member and, also, independently of all their centering and timing imperfections, imperfections which can vary not only in new condition according to the relative positions during operation but also evolve during operation due to wear. Likewise, this coupling device is insensitive to fluctuations in the axial setting which can manifest themselves by translations approximately parallel to the common axis of rotation, regardless of the 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. The rotary coupling device according to the invention finds application in particular in the case of bearings with an incorporated sensor as shown by way of example in FIG. 3, where a bearing 40 has been drawn which includes a sensor 50 incorporated.
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. The bearing 40, proper, comprises an outer ring 41, an inner ring 42 between which are arranged rolling elements 43, for example needles retained by a cage 44. This bearing is, for example, of the prestressed type and is housed in a sleeve 45 which contains an elastic element 46 which exerts this prestress on the thin outer ring 41. As can be seen, the socket 45 comprises a flange 451 or the like, lugs 452 or the like which make it possible to retain a support 47 in the form of a washer, and delimits a housing 453 in which is placed the sensor 50 which is retained therein by a bead 454 or the like obtained for example by crimping. All this is clear from the examination of 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. The sensor 50 essentially consists of an emitter-encoder 51 which is in the manner of an annular ring which carries at least one area whose ferromagnetic properties distinguish it from the other areas of the ring. This sensor also includes a detector 52 which makes it possible to assess the passages of this ferromagnetic range and to route corresponding signals by a cable 520. This type of sensor being well known, we will not dwell on it any further. It will only be recalled that so that the signals collected are not adversely influenced by disturbances in the displacement of the transmitter-encoder, it is necessary that this transmitter-encoder at the same time is relatively well centered in its housing and the rest, and that it remains at a practically constant distance from the detector. Such conditions, which are imperative, are relatively easily obtained when using a rotary coupling device according to the invention which is for example used as illustrated in Figure 3 drawn not to scale. We see in this figure that the driving member 20 is a shaft whose periphery 21 serves both as an inner ring 42 for the bearing and as a seat for elongated depressions 11 and whose driven member 30 is here the annular ring 51 transmitter -coder whose wall is associated with one of the ends of the elastic fingers. It will be observed for this particular application, that the detector 52 of the sensor 50 is immobilized in the socket 45 of the bearing 40 itself kept fixed in a suitable support, not drawn, and also that the transmitter-encoder 51 is applied against the detector 52 by elastic tabs 500 and placed in the housing 543 which ensures its radial centering with a limited clearance, of the order of a tenth of a millimeter for example. Thanks to the coupling device according to the invention, it is understood that neither a possible axial offset nor a possible offset or off-axis of the shaft is in any case transmitted to the transmitter-encoder which is somehow mounted "floating" "and independent, so as to be made insensitive to such parasitic relative displacements which could affect the response of the sensor; the transmitter-encoder is only and solely dependent on the quality of its own assembly and is no longer affected by any disturbances of the member which controls and imposes its movements on it.
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. Such a bearing is, for example, used to mount an automobile steering in a driving position. In such a case, the socket is mounted in a support or fitting fixed to the structure or hull of the vehicle and the shaft is one of the sections of the column driven by the steering wheel driven by the driver.
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. The elastic fingers are made of any suitable material, for example metal or synthetic resin, the choice of material and the shape and size of the fingers obviously being, as is known to those skilled in the art, depending on the dimensions and the forces to be transmitted. both in bending, in torsion and in shear. It is the same for the materials of the studs.
Ce qui précède permet d'apprécier tous les avantages apportés par un dispositif d'accouplement en rotation selon l'invention. The above makes it possible to appreciate all the advantages provided by a rotary coupling device according to the invention.
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Cited By (1)
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| US10290411B2 (en) | 2005-03-30 | 2019-05-14 | Strattec Security Corporation | Residual magnetic devices and methods |
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1991
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| Publication number | Publication date |
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| FR2685411B1 (en) | 1995-06-02 |
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