Dispositif d'articulation La présente invention a pour objet un dispositif d'articulation permettant un mouvement rotatif complet et un basculement limité entre deux pièces d'articulation.
Le dispositif d'articulation faisant l'objet de l'inven tion comprend un segment de bille creux comportant une surface de palier interne concave et une surface de palier externe convexe, une rotule comportant une surface de palier convexe en contact avec la surface de palier con cave du segment, et un organe de retenue annulaire com prenant une partie circonférentielle continue comportant une surface de palier interne concave en contact avec la surface de palier externe du segment, la rotule compor tant une partie passant librement à travers une ouverture d'extrémité du segment et une ouverture de l'organe de retenue.
Il est caractérisé en ce que la partie de la rotule passant à travers l'ouverture du segment comporte un col espacé de l'organe de retenue et s'appuyant contre un support.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, des formes d'exécution de l'objet de l'invention La fig. 1 est une vue en plan d'une première forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe selon la ligne 2-2 de la fig. 1. Les fig. 3 et 4 sont des coupes d'une deuxième et d'une troisième forme d'exécution.
La fig. 5 est une vue en plan d'une quatrième forme d'exécution.
La fig. 6 est une vue partiellement en coupe selon la ligne 6-6 de la fig. 5.
La fig. 7 est une coupe d'un détail.
La fig. 8 est une vue en plan d'une cinquième forme d'exécution.
La fig. 9 est une coupe selon la ligne 9-9 de la fig. 8. La fig. 10 est une vue en plan d'une sixième forme d'exécution. La fig. 11 est une vue prise depuis la droite de la fig. 10.
La fig. 12 est une vue en coupe selon la ligne 12-12 de la fig. 10.
La fig. 13 est une coupe semblable à la fig. 12 dans une autre position.
La fig. 14 est une vue en plan d'une septième forme d'exécution.
La fig. 15 est une vue en élévation de la fig. 14. La fig. 16 est une vue en plan d'une huitième forme d'exécution.
La fig. 17 est une vue en élévation de la fig. 16, et la fig. 18 est une coupe d'une neuvième forme d'exé cution.
Le dispositif d'articulation représenté aux fig. 1 et 2 comprend une pièce d'articulation 10 faite d'une feuille métallique et comportant un segment de bille creux<B>11</B> à l'une de ses extrémités. Le segment de bille 11 constitue une surface de palier interne 12 et une surface de palier externe 13 en forme de segments sphériques et il présente une ouverture supérieure 14. Les surfaces de palier interne 12 et externe 13 présentent des centres aussi pro ches que possible d'une ligne centrale 15. Si les surfaces présentaient exactement le même centre, ne différant pas par exemple de plus de 0,125 mm, il serait nécessaire de polir ou de tourner les surfaces avec précision, ce qui serait coûteux.
Une telle précision n'est toutefois pas requise dans le dispositif décrit parce que le segment et un organe de retenue ne tournent pas l'un par rapport à l'autre. Le segment peut être étampé de façon économi que dans une feuille de métal, sans autre usinage.
Dans toutes les formes d'exécution du joint qui seront décrites, il est avantageux que l'une des limites de la sur face de palier interne en forme de segment sphérique soit constituée par un cercle équatorial de cette surface. Par conséquent, la surface interne ressemble à un hémisphère dont la partie supérieure est supprimée. Une telle cons truction assure une surface de palier interne maximum et par conséquent une pression minimum entre les éléments quand une charge est appliquée au joint.
Il s'ensuit que les forces de frottement entramant une usure entre la surface hémisphérique et une pièce en contact et tournant par rapport à cette surface sont minimisées, ce qui aug mente la durée de vie du joint et assure aussi une force axiale résultante minimum en direction d'un boulon maintenant les pièces d'articulation quand la bille est poussée ou tirée.
Une seconde pièce d'articulation 16 porte une tête interne 17 qui comporte une surface de palier externe 18 en contact avec la surface interne 12 du segment de bille 11. Une tige 19 de la pièce 16 passe librement à travers l'ouverture 14. Une tête externe 20 de la pièce 16 est fixée à une partie de rivetage 21 de la tige 19. Une tête externe 22 est fixée à cette partie 21.
Un organe de retenue 23 comporte une surface de palier interne 24 continue selon une circonférence, en contact avec la surface 13 du segment. L'organe de rete nue 23 comporte une surface de palier annulaire plate 25 en contact avec une surface plate 26 sur la tête externe 20. Un trou 27 dans l'organe 23 est d'un plus grand dia mètre que la tige 19. Le trou formé dans la pièce 16 pré sente une ligne centrale 28 qui est déplacée de la ligne centrale 15 du segment 11 quand une force radiale F est appliquée. Ce déplacement est dû au jeu de palier 29 (exagéré sur le dessin) entre la surface 12 du segment 11 et la surface 18 de la tête 17.
Le trou 27 dans l'organe de retenue 23 est suffisamment grand pour éviter le contact de sa paroi avec la tige 19 et permettre un libre mouve ment de la surface de palier 25 sur la surface 26 de la tête 20.
Dans toutes les formes d'exécution décrites ici, la seconde pièce d'articulation peut basculer d'un angle limité et peut tourner d'un tour complet sur l'organe de retenue. Dans des conditions de travail, la force de frotte ment entre le segment de bille et l'organe de retenue est normalement beaucoup plus élevée qu'entre cet organe et la seconde pièce d'articulation. Par conséquent, l'organe de retenue tourne avec le segment, sauf au cours de leur basculement relatif. Il s'ensuit que dans cette construc tion une grande surface de palier entre l'organe de rete nue et le segment de bille n'est pas nécessaire par suite de la faible vitesse de frottement.
L'organe 23 reste avec le segment 10 en raison de son engagement avec celui-ci quand la pièce 16 tourne. Celle-ci tourne sur sa surface de palier 26. L'organe de retenue constitue une surface de palier sphérique pour la surface externe 13 du seg ment. Il empêche la pièce 16 de se séparer du segment 10 lors du fonctionnement du joint, et il assure une surface de palier pour la tête 20.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 3, la pièce 10 et l'organe de retenue 23 sont les mêmes que dans la première forme d'exécution, alors que la seconde pièce d'articulation est différente. Cette pièce 30 com porte une branche interne 31 et une branche externe 32. Une cheville 33 entre les deux branches 31, 32 passe librement à travers l'ouverture 14 du segment de bille 11. Les deux branches 31, 32 peuvent être d'une seule pièce, comme représenté, ou séparées. Une douille annulaire 36 constitue une partie de la pièce 30 et est montée sur la cheville 33.
La douille 36 tourne librement sur la pièce 30 et la cheville 33, et comporte une surface de palier externe 37 en contact avec la surface de palier interne du segment 11. Sous l'action d'une force radiale F, il existe un jeu entre la tête 36 et le segment 11. Il existe aussi un jeu 39 entre la douille 36 et la cheville 33 sous l'effet de la force F.
La surface annulaire plate supérieure de l'organe de retenue 23 engage une surface plate inférieure de la bran che 32. L'organe 23 fonctionne de la même façon que dans la première forme d'exécution.
La forme d'exécution représentée à la fig. 4 com prend une pièce d'articulation 40 portant un segment de bille creux 41 et une partie extrême 42 portant un filet intérieur. Le segment 41 comporte une surface de palier interne 43 et une surface de palier externe 44 en forme de segments sphériques, et présente une ouverture cen trale 45. Une pièce d'articulation 46 porte une douille 47, une tête externe 48 et un boulon 49. Le boulon 49 maintient ensemble la douille 47 et la tête externe 48. Une partie tubulaire de la douille 47 est disposée dans l'ouverture 45 de la pièce 40.
La douille 47 comporte une surface de palier externe 50 en contact avec la surface 43 de la pièce 40. Un organe de retenue 51 s'étend entre le segment 41 et la tête externe 48. L'organe 51 comporte une surface de palier interne 52 en contact avec la sur face 44. Il présente un trou central 53 et un épaulement 54. Le trou 53 est suffisamment grand pour éviter le con tact de sa paroi avec les parties adjacentes de la douille 47. La partie supérieure de la douille 47 est en contact avec la partie inférieure de la tête externe 48. L'extrémité supérieure 55 de l'organe de retenue 51 limite le mou vement axial de cet organe et constitue une surface de palier plate.
L'extrémité 55 s'appuie contre la tête externe 48, son mouvement latéral étant libre le long de la sur face de palier plate de cette tête. Il existe un jeu entre l'extrémité 55 et la tête externe 48, exagéré sur le dessin. Un ressort de compression 56 est disposé entre l'épaule ment 54 de l'organe de retenue 51 et la tête externe 48 et permet la libre rotation de l'organe 51 relativement à la tête externe 48.
Quand une force radiale F est appliquée contre la pièce d'articulation 40, le segment de bille 41 tend à glis ser vers le haut sur la surface 50 de la douille 47, vers la tête externe. Si cette force axiale est plus faible que la force du ressort 56, le mouvement radial entre le seg ment et la pièce d'articulation ne se produit pas. Quand la force axiale dépasse celle du ressort, le segment se déplace vers la tête externe 48 jusqu'à ce que l'extrémité de l'organe de retenue 51 soit en contact avec la tête externe 48. Cette construction assure un jeu limité entre la surface de palier interne 43 de la pièce 40 et la surface de palier externe 50 de la douille 47.
Le ressort 56, s'il est relativement fort, diminue le jeu et réduit le bruit dû aux vibrations. Si ce ressort est faible, le jeu n'est pas réduit mais les parties sont maintenues ensemble de façon que le bruit dû aux vibrations soit réduit.
Un organe d'étanchéité 57 constitué par un soufflet, en caoutchouc par exemple, est engagé entre les pièces d'articulation. Un couvercle 58 avec un joint d'étanchéité annulaire 59 est fixé à la pièce d'articulation 40 pour cou vrir la tête interne de la pièce, la fixation se faisant à l'aide d'une broche 60 et d'une vis 61. L'organe d'étan chéité et le couvercle permettent de maintenir un lubri fiant et amoindrissent le bruit dû aux vibrations.
La forme d'exécution représentée aux fig. 5 à 7 com prend une pièce d'articulation 110 comprenant un seg ment de bille creux 111. Ce dernier comporte une sur- face de palier interne 112 et une surface de palier externe 113 en forme de segments sphériques, un trou d'extré mité 114 et une surface annulaire 112A adjacente à la surface 112. Les surfaces 112 et 113 ont des centres aussi proches que possible l'un de l'autre, comme expliqué pré cédemment.
Un ensemble 115 comprend une douille 116. Celle-ci comporte une surface 118 en contact avec la surface interne 112 du segment 111, un manchon 119 qui passe librement à travers le trou 114, une surface d'extrémité 120 et un trou 121. L'ensemble 115 comprend aussi un écrou à six pans 122 et une tige 125 présentant des par ties filetées à ses deux extrémités. L'écrou 122 comporte un épaulement 124. La tige s'ajuste dans le trou 121 de la douille 116. La tige 125 constitue une nouvelle connexion de l'élément et peut prendre diverses formes. Une ron delle 126 est montée sur l'épaulement 124 de l'écrou 122. Cette rondelle comporte une surface plate 124'. La ron delle est utilisée quand l'épaulement 124 n'est pas assez grand ou est constitué d'une matière trop peu résistante pour constituer une surface de palier.
Un écrou 127 est vissé sur la partie 123 de la tige 125.
En serrant l'écrou 127 sur la partie filetée 123 de la tige, la surface plate 124' est engagée avec la surface extrême annulaire 120 de la douille 116. Celle-ci devient ainsi une partie de l'ensemble 115. On pourrait évidem ment utiliser d'autres organes de fixation que les écrous pour maintenir l'ensemble 115.
Un organe de retenue 128 comportant une surface interne 129 est en contact avec la surface externe 113 du segment creux 111. L'organe 128 comporte une surface de palier plate 130 en contact avec la surface plate 124'. Une ouverture 131 de l'organe 128 est suffisamment grande pour que sa paroi ne touche pas le manchon 119 de la douille 116. La surface interne 129 est conique, comme le montre la fig. 6.
Un manchon élastique 132 et un couvercle 133 sont montés sur le joint. Le manchon 132 enferme les surfaces de palier de façon étanche en vue de leur lubrification et évite le bruit dû aux vibrations. Ce manchon est formé d'une pièce cylindrique creuse (fig. 7) qui est étirée et placée sur l'organe de retenue 128. Une extrémité 134 du manchon élastique 132 est étirée et engagée avec la surface externe 113 du segment 111 et l'autre extrémité 135 tend à être redressée et presse par conséquent contre la surface plate 124'. Le manchon élastique 132 permet librement les mouvements relatifs de la pièce d'articula tion 110, de l'ensemble 115 et de l'organe de retenue 128 les uns par rapport aux autres.
Le couvercle 133 donne un joint à bille complètement fermé et assure un espace suffisant pour maintenir un lubrifiant destiné à atteindre les surfaces de palier. Le couvercle 133 comporte une surface inférieure annulaire 133' qui est fixée, par exemple par soudure, à la surface 112' de la pièce 110.
Le couvercle peut comporter un graisseur non repré senté pour injecter un lubrifiant à l'intérieur. Il peut aussi être fait d'une matière capable d'être percée par une aiguille destinée à injecter le lubrifiant et se refermant d'elle-même quand l'aiguille est retirée.
L'ensemble 115 peut basculer d'un angle limité et tourner d'un tour complet, et l'organe de retenue pré sente un mouvement de flottement libre.
Les fig. 8 et 9 montrent une autre forme d'exécution. Une pièce d'articulation 210 porte un segment de bille creux 211 qui comporte une surface de palier interne 212 et une surface de palier externe 213 en forme de segment sphérique, un trou d'extrémité 214 et une surface 212' adjacente à la surface 212.
Un ensemble 215 comprend une douille 216 et un support 216'. Le support 216' comprend un rivet 217 et deux barres parallèles 218 et 219 qui peuvent être d'une seule pièce. La douille 216 comporte une surface 220 en contact avec la surface interne 212 du segment 211. La douille 216 comporte d'un côté un manchon 221 qui passe librement à travers le trou 214, une surface extrême 222, un prolongement 223 de l'autre côté, une autre surface 224 et un trou 225. La barre 218 est enga gée à frottement avec la surface extrême 222 et comporte une surface plate 226 et un trou 227. L'autre barre 219 est engagée de même à frottement avec l'autre surface extrême 224 et comporte une surface 228 et un trou 229. Le rivet 217 comprend une tige 230 qui s'ajuste dans les trous 225, 227 et 229, et une tête 231 est engagée avec la barre 219.
L'engagement à frottement est obtenu en ramenant l'extrémité de la tige 230 contre la barre 219 pour former une tête 232 (fig. 9). Il est possible de for mer de plusieurs manières le support 216'. Par exemple. le rivet et les deux barres peuvent être fixés ensemble de manière à permettre la libre rotation de la douille sur le rivet constituant une surface de palier.
Un organe de retenue 233 comporte une surface interne 234 en contact avec la surface externe 213 de segment 221, une surface de palier plate 235 en contact avec la surface plate 226 de la barre 218, et une ouver ture 236 dont la paroi ne touche pas le manchon 221 de la douille 216. La surface interne 234 peut être conique.
Un manchon élastique 237 semblable au manchon 132 de la fig. 6 enferme de façon étanche les surfaces de palier et évite le bruit dû aux vibrations.
Pour former une articulation complètement étanche, on utilise un couvercle 238 d'une matière élastique. Le couvercle 238 comporte une surface 239 en contact avec la surface 212' de la pièce d'articulation 210 et un anneau 240, en caoutchouc par exemple, est logé sur le prolonge ment 223 en contact avec la surface 228 de la barre 219. Ce couvercle est formé et comprimé de façon à engager les surfaces respectives et permettre les mouvements rela tifs entre la pièce d'articulation et l'ensemble 215. Le couvercle délimite un espace pour un lubrifiant.
Les organes de fixation de la pièce d'articulation 210 et de l'élément 215 peuvent avoir diverses formes selon les nécessités. La pièce 210 (fig. 8 et 9) comporte deux jambes 241 et 242 avec des trous 243 et 244, respective ment, les trous étant alignés. Les barres 218, 219 com portent des jambes courbes 245, 246 avec des trous 247, 248 alignés après l'assemblage. D'autres connexions peu vent être faites par ces trous 243, 244, 247, 248.
Les fig. 10, 11, 12 et 13 montrent une articulation comprenant une pièce d'articulation 310 portant un seg ment de bille creux 311, une membrure 321 avec un trou 313 et deux brides 314 et 315. La bride 314 comporte une jambe 316 avec un trou extrême 317. L'autre bride 315 comporte une jambe 318 avec un trou extrême 319 approximativement aligné avec le trou 317. La ligne cen trale de ces trous 317, 319 est presque à 900 de la ligne centrale du segment de bille et passe près du centre de ce dernier. La membrure 312, les brides 314 et 315 et les jambes 316 et 318 forment une ouverture 320 qui peut recevoir un écrou de fixation 321.
Une tringle filetée 322 portant un écrou 323 passe librement à travers les trous 317 et 319 et est engagée avec l'écrou 321. Avant que les écrous soient serrés sur la tige filetée 322 contre les jam bes 316 et 318, il existe un léger jeu 324 entre les deux jambes 316, 318 afin de faciliter la fabrication (fig. 10 et 12). Lors du serrage, ce jeu 324 disparaît (fig. 13). La tige filetée 322 peut être tournée vers l'intérieur ou vers l'extérieur (fig. 12 et 13) pour régler la longueur de la pièce à laquelle le joint est fixé. Le trou 313 est suffisam ment grand pour éviter tout contact de sa paroi avec la tige filetée 322.
Le trou 313 comporte une butée 325 qui empêche la tige filetée de se déplacer suffisamment loin vers l'intérieur pour entrer en contact avec les éléments mobiles de l'articulation.
Pour certains usages, les brides 314 et 315 ont une largeur juste égale ou un peu inférieure à la largeur de l'hexagone formé par l'écrou 321 afin que cet écrou puisse être maintenu avec une clé en vue de son serrage. La largeur de l'ouverture 320 entre les brides 314 et 315 est légèrement supérieure à la largeur de l'angle de l'hexagone formé par l'écrou 321, de sorte que cet écrou peut être tourné librement sur la tige filetée 322 pour son engagement et le réglage de la longueur.
Pour certains usages, l'ouverture 30 entre les brides 314 et 315 est légèrement plus grande que la distance entre les pans de l'écrou 321, mais plus petite que la dis tance entre les angles opposés de l'écrou 321, de sorte que la tige filetée 322 peut être tournée sans maintenir une clé sur l'écrou<B>321.</B>
Le segment de bille creux 311 comporte une surface de palier interne 326 et une surface de palier externe 327 en forme de segments sphériques et une ouverture 328. Cette ouverture comporte une paroi conique 329 qui sert de butée. Les surfaces 326 et 327 ont un centre commun aussi proche que possible du centre du segment de bille, comme expliqué plus haut.
Une douille 330 comporte une partie 331 en contact avec la surface de palier interne 326 du segment 311, un manchon 332 passant à travers l'ouverture 328 du seg ment 311 et un trou central 333 à travers les parties 331 et 332.
Un organe de retenue 334 comporte une surface de palier 335 conique (fig. 12 et 13) ou en forme de segment sphérique (fig. 18), en contact avec la surface de palier externe 327 ; il présente une ouverture 336 dont la paroi ne vient en aucun cas en contact avec le manchon 332 de la douille 330, et une surface de palier plate annulaire 337.
Une pièce d'articulation 338 est constituée par une vis 339, un écrou 340 et une rondelle 341. La tige filetée 342 de la vis 339 passe à travers la rondelle 341 et le trou central 333 de la douille 330. La douille 330 et la ron delle 341 sont serrées fortement entre la tête de la vis 339 et l'écrou 340 lors du serrage de l'écrou sur la tige filetée 342. Les positions de la vis et de l'écrou pourraient être inversées. Une surface 343 de la rondelle 341 est légère ment espacée de la surface de palier plate 337 de l'or gane de retenue 334 ou en contact avec cette surface. La rondelle peut être supprimée si la tête de la vis 339 ou l'écrou 340 est suffisamment grand pour constituer une surface de palier.
On peut utiliser d'autres dispositifs de fixations, par exemple des rivets et des aeillets, à la place de la vis et de l'écrou.
Le jeu 344 entre les surfaces 343 et 337 peut varier considérablement et la douille 330 et l'organe de retenue 334 peuvent être faits par conséquent avec une large tolé- rance permettant une fabrication économique. Afin de maintenir la qualité de l'articulation, ce jeu 344, après l'assemblage, doit être minimum. Si le palier présente trop de jeu, le contact des surfaces est relativement plus restreint et les surfaces s'usent plus rapidement. En outre, un palier présentant trop de jeu est bruyant. Le man chon 332 de la douille 330 peut être raccourci en tour nant l'écrou 340 sur la tige filetée 342 de la vis 339.
La dimension de la partie 331 de la douille est presque inchangée par cette manoeuvre. On a trouvé que des ma tières pour paliers frittées (métallurgie des poudres) et des plastiques tels que le nylon et le (@ Delrin sont capa bles d'être raccourcies d'une quantité notable par com pression du manchon de douille sans craquelure ni écla tement.
Après le réglage du jeu 344, il est avantageux de blo quer l'écrou 340 sur la tige filetée 342 par tout moyen mécanique ou par un liquide de verrouillage tel que le (t Loctite (marque déposée) pour éviter tout change ment accidentel de ce jeu.
La tige filetée 342 de la vis 339 est montée en outre dans un bras 345 avec une rondelle de verrouillage 346 en tournant la tête de la vis 339. L'action de verrouillage entre la vis 339 et l'écrou 340 doit être assez forte pour que le serrage et le desserrage de la vis 339 dans le bras 345, avec la rondelle 346, n'affectent pas le jeu 344.
Dans la condition de basculement maximum représen tée à la fig. 13, la surface conique 329 du segment de bille 331 est en contact avec le manchon 332 de la douille 330 pour constituer une butée interne pour le bascule- ment.
Sous une charge externe représentée par une flèche à la fig. 13, sur la tige 322, le segment 311 de la pièce 310 est déplacé sur la douille 330 vers l'organe de retenue 334 pour former un jeu 347 exagéré et le jeu 344 disparaît quand l'organe de retenue 334 s'appuie sur la ron delle 341.
Les fig. 14 et 15 montrent une articulation compre nant une pièce d'articulation 348 portant un segment de bille creux 349, une membrure 350 avec une butée 351 et deux brides 352 et 353. Chaque bride comporte une jambe 354 ou 355, ces jambes étant séparées légèrement l'une de l'autre par un jeu 356. Chaque jambe présente une encoche 357 ou 358 qui forme un trou pour rece voir une pièce d'articulation.
Les fig. 16 et 17 montrent une articulation compor tant une pièce d'articulation 359 similaire à celle repré sentée aux fig. 14 et 15, sauf qu'une partie de la bride près du segment de bille est éliminée et que le jeu entre les deux jambes est rempli d'une matière de soudure 360 et 360' pour constituer une résistance supplémentaire afin d'éviter que les jambes se séparent.
L'articulation de la fig. 18 comprend une pièce d'ar ticulation 361 semblable à celle des fig. 10, 11 et 12, sauf que la membrure 362 a la forme indiquée à la fig. 14. La douille 330 et l'organe de retenue 334 sont les mêmes que ceux représentés à la fig. 11, sauf que la surface de palier interne 334 est concave afin de s'ajuster avec la surface externe de la pièce 361 seulement de façon légère avec un rayon sphérique relativement court. La seconde pièce d'articulation 363 est construite différemment pour assurer la même fonction ou une fonction similaire.
La pièce d'articulation 363 comprend un goujon 364, un écrou 365 et une rondelle 341. Le goujon 364 est d'une pièce avec une partie à six pans 366 et une tige filetée 367 qui s'engage avec l'écrou 365 pour assurer la même fonction que les organes équivalents de la fig. 12, et la tige filetée 368 s'engage avec un autre écrou 369 pour le montage d'un bras 370.
La pièce 361 est connectée à une biellette 371 pré sentant un trou conique 372. Une vis 373, avec une ron delle de verrouillage 374, est placée dans les trous extrê mes et s'engage étroitement avec la biellette 371. Dans cette construction, la biellette de connexion peut avoir toute forme désirée, par exemple celle d'un plateau plat, ou être constituée par toute partie d'une pièce plus com plexe.
On peut voir d'après la description qui précède que le joint articulé peut avoir un basculement limité et une rotation d'un tour complet.