**ATTENTION** debut du champ DESC peut contenir fin de CLMS **.
REVENDICATIONS
1. Tête micrométrique pour instrument de mesure d'intérieurs dans le boîtier (14) de laquelle au moins une touche de mesure (18) à base inclinée est montée radialement dans une coulisse (15) et est mue par le déplacement axial d'un cône de mesure (22) sur la surface latérale inclinée duquel ladite touche est retenue en contact par un organe de rappel (27), et dans laquelle le déplacement axial du cône de mesure, dont la base (21) est guidée dans un logement cylindrique axial (20) du boîtier, est obtenu par la poussée d'un tourillon (25) à vis micrométrique (24) d'entraînement axial et de mesure en prise dans un élément fileté (23), solidaire du boîtier, ledit cône et ledit tourillon étant coaxiaux et ledit tourillon étant destiné à être relié à l'organe d'affichage de l'instrument de mesure,
caractérisée en ce que le cône de mesure (22) fait corps avec le tourillon (25) à vis micrométrique (24), de sorte que la course de contact de la base inclinée de la touche sur le cône de mesure s'étend sur une rampe spiralée conique (M" M"' fig. 3, 4 et 5) à croissance constante et de grande longueur, résultant des mouvements combinés d'avance et de rotation du cône de mesure.
2. Tête micrométrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface latérale du cône de mesure (22) est lisse.
3. Tête micrométrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la base inclinée de la touche de mesure (33, fig. 8) comporte au moins une zone de contact inclinée selon une pente inférieure à celle des génératrices du cône de mesure par rapport à l'axe de rotation de celui-ci, et en ce que la course de contact de ladite zone sur le cône de mesure, en forme de rampe spiralée conique, est matérialisée par le fond (34, fig. 8) d'un sillon, dont la section forme un triangle aigu, et sur lequel fond s'appuie ladite zone de contact de la touche.
4. Tête micrométrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la base (40, fig. 10) du cône de mesure (41), guidée dans le logement cylindrique axial du boîtier, est en forme de zone sphérique (42) dont la section circulaire est tangente aux génératrices dudit logement cylindrique.
5. Tête micrométrique selon la revendication 3, caractérisée en ce que la paroi du sillon du cône (32, fig. 9), délimitant chacune de ses spires de la suivante, est inclinée de maniére à former dans sa section un angle rentrant (Q) dans lequel est engagé l'organe de rappel (35) de la touche de mesure, ledit organe étant fixé sur ladite touche.
6. Tête micrométrique selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'organe de rappel (35, fig. 9) de la touche de mesure (37) est un ergot de retenue fixé rigidement à ladite touche.
7. Tête micrométrique selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'organe de rappel de la touche est un ergot de retenue fixé élastiquement à ladite touche.
8. Tête micrométrique selon la revendication 3 et l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que la touche de mesure
se compose d'une embase à base inclinée (37, fig. 9), comportant
un logement (36), et d'une tête de palpage (38) comportant un
téton de fixation (39) emmanché à force dans ledit logement,
L'ergot de retenue étant également emmanché à force dans ledit
logement.
La présente invention a pour objet une tête micrométrique
pour instrument de mesure d'intérieurs, tels que les alésages, trous
borgnes et filetages intérieurs de pièces mécaniques de haute pré
cision, etc.
On connaît de telles têtes, et en particulier la tête micro
métrique équipant l'instrument de mesure dit micromètre
d'intérieurs, dans le boîtier de laquelle au moins une touche de mesure à base inclinée est montée radialement dans une coulisse et est mue par le déplacement axial d'un cône de mesure sur la surface latérale inclinée duquel ladite touche est retenue en contact par un organe de rappel, et dans laquelle le déplacement axial du cône de mesure, dont la base est guidée dans un logement cylindrique axial du boîtier, est obtenu par la poussée d'un tourillon à vis micrométrique d'entraînement axial et de mesure en prise dans un élément fileté solidaire du boîtier, ledit cône et ledit tourillon étant coaxiaux et ledit tourillon étant destiné à être relié à l'organe d'affichage de l'instrument de mesure.
Cette tête de mesure présente l'avantage d'empêcher le basculement de la touche de mesure qui peut se produire, à cause du jeu fonctionnel du montage de cette touche dans sa coulisse, lorsque la zone de contact de la touche avec la paroi intérieure de la pièce à mesurer n'est pas centrée dans la coulisse, et en particulier lorsque cette touche comporte une tête de palpage déportée pour la mesure des trous borgnes.
Cet avantage est inhérent à l'emploi d'un cône sur la surface latérale inclinée duquel la touche de mesure peut prendre appui par contact intime de sa base, inclinée suivant une ligne de contact formant un angle, rentrant avec la tangente, au cercle défini par la trajectoire circulaire de basculement d'au moins un point de ladite base inclinée. Cette ligne de contact, matérialisée par la génératrice de contact du cône de mesure, forme alors une butée empêchant le basculement de la touche, butée dont l'efficacité est d'autant plus assurée que l'angle au sommet du cône est grand.
Cet avantage est précieux, car il contribue pour une large part à la qualité des mesures effectuées.
Cependant, I'emploi d'un cône de mesure pour écarter la touche par glissement sur sa base inclinée, à la manière d'un coin, présente l'inconvénient de nécessiter l'application d'une poussée importante pour mouvoir la touche et de provoquer ainsi l'usure rapide de ces deux organes en contact, la course du déplacement relatif de la touche sur le cône étant nécessairement très courte, et cette poussée ainsi que l'usure qu'elle provoque sont d'autant plus importants que l'angle au sommet du cône est grand, cet inconvénient pouvant aller jusqu'à empêcher le déplacement radial de la touche.
D'autre part, on ne peut augmenter cet angle au sommet du cône sans affecter la sensibilité de mesure de l'instrument, le rapport entre le déplacement axial du cône, provoqué par l'avance de la vis micrométrique de mesure et le déplacement radial de la touche, devenant alors défavorable.
Pour éviter, dans une certaine mesure, ces inconvénients, les cônes de mesure utilisés ont un angle au sommet relativement petit ne permettant qu'un faible déplacement de la touche, limitant de ce fait la capacité de mesure de l'instrument. En outre,
comme il n'est pas possible d'allonger exagérément le cône, surtout si l'instrument est utilisé pour mesurer des trous borgnes, la capacité reste forcément très limitée.
On ne peut donc à la fois augmenter l'angle au sommet du cône de mesure pour empêcher le basculement de la touche et augmenter la capacité de mesure de l'instrument, et diminuer ledit angle pour éviter l'usure prématurée de la touche et du cône et préserver la sensibilité de l'instrument, ces deux solutions étant incompatibles.
Dans le but de résoudre ces problèmes, la tête micrométrique selon l'invention est caractérisée en ce que le cône de mesure fait corps avec le tourillon à vis micrométrique. de sorte que la course de contact de la base inclinée de la touche sur le cône de mesure s'étend sur une rampe spiralée conique à croissance constante et de grande longueur résultant des mouvements combinés d'avance et de rotation du cône de mesure.
Le dessin annexé illustre l'état de la technique ainsi que des formes d'exécution de l'objet de l'invention, données en exemple.
Les fig. I et 2 de ce dessin sont respectivement une vue longi
tudinale et une vue de face partielle et schématique d'un détail
illustrant l'état de la technique.
Les fig. 3 et 4 sont respectivement une vue longitudinale et une
vue de face partielle et schématique de ce même détail illustrant la
technique selon l'invention.
La fig. 5 est un complément des fig. 3 et 4.
La fig. 6 est une vue longitudinale partielle et schématique
d'un autre détail illustrant l'état de la technique.
La fig. 7 est une vue en perspective en quart de coupe longi
tudinale d'une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 8 est une vue longitudinale partielle et schématique
d'un détail d'une variante de l'objet de l'invention.
Les fig. 9 et 10 sont des coupes longitudinales partielles de
deux autres variantes de détails.
Les fig. 11, 12, et 13 sont des chémas illustrant les principes de
base de l'invention.
Sur les fig. 1 et 2 sont représentés le cône de mesure 1, la
touche de mesure 2 à base inclinée et le tourillon 4 à vis micrométrique 5 de la tête d'un micromètre d'intérieurs connu. Le boîtier de cette tête n'a pas été représenté pour la clarté de l'exposé; ce boîtier comporte une coulisse radiale dans laquelle se meut la touche de mesure 2, un élément de guidage axial du cône de mesure 1 et du tourillon 4, ainsi qu'un élément fileté dans lequel est en prise la vis micrométrique 5.
Pour simplifier le dessin ainsi que ceux qui suivent jusqu'à la fig. 7, une seule touche de mesure a été représentée, comme sur certains instruments de ce type à deux points de contact diamétralement opposés. Mais tout ce qui va être dit est également applicable pour un nombre de touches supérieur, par exemple 3.
Sur ces fig. 1 et 2, la touche de mesure 2 est représentée en contact avec la paroi intérieure 3 d'un alésage dont le diamètre correspond à la capacité maximale de mesure de l'instrument. La position des éléments cités correspondant à la capacité minimale est représentée en traits pointillés.
Le vissage de la vis micrométrique 5 dans l'élément fileté du boîtier de la tête micrométrique a pour effet de déplacer axialement le cône de mesure 1, sous la poussée du tourillon 4, et ce déplacement axial du cône de mesure a pour effet de déplacer radialement la touche de mesure 2 par effet de coin, le cône glissant axialement sous la touche.
Pour un angle au sommet A choisi du cône de mesure 1, la course radiale e de la touche de mesure est obtenue pour un déplacement axial L du tourillon à vis micrométrique, ces trois valeurs étant directement liées, ainsi que la course C de glissement de chacun des points de contact de la touche de mesure 2 avec le cône de mesure 1 représenté par le segment MM'.
Il est clair que pour un même déplacement axial L du cône de mesure 1, la course radiale e de la touche de mesure 2 sera d'autant plus grande que l'angle A sera grand, et inversement. On ne peut cependant pas jouer à volonté sur ces valeurs, car un trop grand angle A du cône de mesure, choisi pour augmenter la capacité de mesure de l'instrument, provoquera une usure prématurée des surfaces en contact due à une trop forte pression de contact entre touche et cône, car ce grand angle nécessitera l'application d'une poussée importante du cône pour mouvoir la touche, et cela d'autant plus que la course de glissement C de ces surfaces en contact de la touche et du cône diminue en fonction de l'augmentation dudit angle A du cône.
On notera ainsi, en s'aidant du schéma de la fig. 1 1 et de la formule:
P = Ftgz + ptFcosz + que, par exemple, pour une force d'appui F= 1,8 kg de la touche 2 sur la pièce à mesurer 3 et un coefficient de frottement u=0,19 entre la touche et le cône 1, la force nécessaire P pour pousser le cône afin de mouvoir la touche varie de:
P = 1,650 kg pour un angle z = 30e
à P = 4,100 kg pour un angle a = 60
en passant par P = 2,200 kg pour un angle z = 400
La pression de contact Pc de la touche sur le cône, déterminée pour ces deux dernières valeurs de P données en exemple, passe de:
:
Pc = 23 kg/mm2 pour un angle z = 40
à Pc = 100 kg/mm2 pour un angle z = 60 ces valeurs étant obtenues au moyen de la formule:
EMI2.1
dans laquelle
E (module d'élasticité) = 21100 kg/mm2
r = 1,5 mm (rayon du cône) 1 = I mm (longueur de la surface
de contact).
Cela fait ressortir que, si la pression de contact de 23 kg/mm2, déterminée pour un angle z = 400, est encore admissible, celle de 100 kg/mm2 correspondant à un angle z 60 est nettement supérieure à la charge unitaire maximale admissible pour les métaux usuels constituant le cône et la touche, et ne peut de ce fait être appliquée sans entraîner rapidement la détérioration des surfaces de contact de la touche et du cône. On notera également que, pour un grand angle A = 2 z du cône, le rapport entre le déplacement L de la vis micrométrique 5 et la course e de la touche devient défavorable pour la sensibilité de mesure de l'instrument.
Comme déjà signalé précédemment, il n'apparaît donc pas possible, avec un instrument de mesure de ce type, d'obtenir à la fois une excellente sensibilité et une capacité de mesure importante, faute de ne pouvoir à la fois diminuer et augmenter l'angle au sommet A du cône de mesure.
La technique selon l'invention, qui permet cependant de résoudre ce problème, est illustrée par les fig. 3 et 4 représentant un cône de mesure 6, une touche de mesure 2 et une vis micrométrique 8 de mêmes caractéristiques que les éléments semblables des fig. 1 et 2 illustrant l'état de la technique qui vient d'être décrit, ce qui fait que, pour un même déplacement axial L du cône de mesure 6, la touche de mesure 2 effectue une même course radiale e.
Cependant, le tourillon 7 fait ici corps avec le cône de mesure 6 et avec la vis micrométrique 8, ce qui a pour effet de lier le cône de mesure 6 non seulement au déplacement axial de la vis micrométrique 8, mais de le lier également à son déplacement angulaire R. Et cela fait que la course de glissement C' (fig. 5) d'un point de la touche de mesure 2 sur le cône de mesure 6 ne se présente plus sous la forme d'un segment linéaire tel que le segment MM' de la fig. 1, mais sous la forme d'une spirale conique M" M"' (fig. 3 et 4) de croissance constante et de très faible pente, comme mis à l'évidence fig. 5, où celle-ci est représentée développée, tout au moins incomplètement, la largeur du dessin ne permettant pas sa représentation complète.
Ces dessins des fig. 1 à 5 étant exécutés à la même échelle, on voit nettement le gain important acquis sur la poussée nécessaire au déplacement de la touche, celle-ci étant poussée sur une rampe de très grande longueur et de très faible pente, relativement à la course linéaire très courte C et de très forte pente des mêmes éléments de l'état connu de la technique représentés fig. 1 et 2.
Ce gain important présente l'avantage de pouvoir être mis à profit pour choisir un meilleur compromis dans le rapport de l'angle A du cône de mesure et de la course L de la vis micrométrique, afin d'obtenir à la fois une augmentation de la capacité de mesure de l'instrument et une bonne sensibilité de mesure, en particulier par le choix d'un plus grand angle du cône pour un même déplacement axial de la vis micrométrique.
Comme déjà signalé précédemment, la possibilité d'augmenter l'angle au sommet du cône procure l'avantage complémentaire et précieux d'empêcher encore davantage le basculement de la touche de mesure.
Cet effet est illustré par la fig. 6, représentant d'une manière exagérée, pour bien faire ressortir le phénomène, un cône de mesure 9 du type connu et une touche de mesure à tête de palpage déportée 10 logés dans un boîtier 11 comportant une coulisse radiale 12 dans laquelle se déplace la touche de mesure, le cône de mesure 9 étant déplacé axialement par un tourillon 13 à vis micrométrique non représentée. La tête de palpage déportée 10 étant prévue pour la mesure intérieure des trous borgnes, sous l'effet de cette poussée du tourillon 13, le cône de mesure 9 pousse la touche de mesure et celle-ci va s'appuyer sur la paroi du trou borgne par sa tête de palpage déportée 10 qui va subir une réaction Fi, dont la ligne d'action sera décalée par rapport à l'axe de la coulisse radiale 12.
Un jeu fonctionnel étant nécessairement prévu dans le montage de la touche dans sa coulisse, cette réaction Fi décentrée aura pour effet de tenter de faire basculer la touche, par exemple autour du point limite d'appui O du bord avant de la coulisse radiale 12.
Si l'angle d'inclinaison z de la base d'appui de la touche, correspondant au demi-angle au sommet du cône, est suffisamment grand, la trajectoire circulaire T de basculement d'au moins un point N de la base inclinée de la touche avec le cône sera rentrante dans celui-ci, ce qui est rendu évident par l'angle rentrant D formé par la tangente t menée au point N du cercle défini par la trajectoire circulaire de basculement T ayant pour centre le point O, et par la ligne de contact de la base inclinée de la touche avec le cône. La paroi du cône forme donc sur cette ligne de contact une sorte de butée empêchant le basculement de la touche, et cette butée est d'autant plus efficace que l'angle au sommet du cône est grand et la résistance au glissement de la touche sur le cône, qui s'oppose également à son basculement, s'en trouve d'autant augmentée.
Ce dernier effet est illustré par le schéma de la fig. 12 sur lequel est représentée la touche 10 en bascule autour d'un pivot matérialisant le point de pivotement O (fig. 6), dans lequel pivot ladite touche peut glisser verticalement lorsque sa base d'appui sur le cône glisse sur ce dernier.
On voit que, sous l'effet de la force Fi déportée sur la touche d'une valeur de déport a, la base d'appui de la touche a tendance à monter sur la paroi du cône en basculant autour du point O, situé à une distance b de ladite paroi.
Pour que la touche ne bascule pas, il faut que soit satisfaite la relation d'équilibre:
F3 sinp = 11 F4 + u F2 relation dans laquelle:
p = 90 - z
F2 = 2F1
a
F3 = F1 b
a
et F4 = Fl -b cos p
b
De cette relation on tire pour valeur de 1l, coefficient de frottement:
EMI3.1
Si l'on prend comme valeurs d'exemples proches de la réalité a = 1 mm et b =2 mm, on trouve comme valeurs respectives de 1l, pour des angles x de 30', 40 et 60 :
:
p = 0,l9pourz = 30
u = 0,16pourx = 40
et u = 0,10 pour z = 60
Ce qui signifiie que, pour que la touche ne bascule pas, le coefficient de frottement de la touche sur le cône a d'autant moins besoin d'être important que l'angle x dudit cône est grand. Autrement dit, cela signifie bien que, pour un coefficient de frottement p donné, ce qui est toujours le cas, la résistance au glissement de la touche sur le cône est d'autant plus grande que l'angle est grand.
La tête micrométrique selon l'invention et représentée fig. 7 bénificie de tous les avantages signalés précédemment.
Le boîtier 14 de cette tête micrométrique comporte trois coulisses radiales dont une seule, repérée 15, est visible en coupe, ces trois coulisses étant disposées à 120 et délimitées en bout dudit boîtier par un couvercle 16 fixé par des vis non visibles vissées dans la paroi 17 dudit boîtier, lesdites coulisses étant délimitées vers l'intérieur par le fond 181 d'encoches pratiquées dans ladite paroi 17.
Dans ces coulisses, trois touches de mesure, dont deux repérées 18 et 19 sont visibles, coulissent radialement.
Faisant suite à ces coulisses, le boîtier 14 comporte un logement cylindrique 20 dans lequel la base cylindrique 21 d'un cône de mesure 22 est guidée, et une partie filetée 23 dans laquelle est engagée la vis micrométrique d'entraînement et de mesure 24 d'un tourillon 25 faisant corps avec la base cylindrique 21 du cône de mesure 22.
Les touches de mesure comportent chacune un logement cylindrique 26 dans l'extrémité réduite duquel une extrémité d'un ressort de rappel 27 est engagée, ledit ressort, en fil d'acier, étant engagé par son autre extrémité enroulée 28 dans un logement approprié du boîtier 14.
Ce ressort 27 est destiné à maintenir chaque touche de mesure en contact avec le cône de mesure lorsque celui-ci est reculé axialement dans son boîtier, vers la droite sur le dessin.
L'extrémité de la vis micrométrique d'entraînement et de mesure comporte un trou borgne fileté à entrée conique 29, destinée à recevoir l'extrémité filetée d'une tige de liaison reliant l'ensemble cône 22/tourillon 25/vis micrométrique de mesure 24 à l'organe d'affichage de l'instrument de mesure.
Les éléments cône 22, tourillon 25 et vis micrométrique 24 sont coaxiaux et liés rigidement entre eux, de sorte que les touches de mesure sont poussées par le cône de mesure 22 sur une rampe spiralée conique telle que décrite précédemment et illustrée par les fig. 3,4et5.
Sur cette fig. 7 est également représentée en traits pointillés la position extrême de sortie de la touche de mesure 18, afin de faire ressortir la capacité de mesure de l'instrument qui va du diamètre minimal repéré 30 au diamètre maximal 31, l'écart entre ces deux diamètres, pour donner un exemple, pouvant être de 10 mm, (entre 20 et 30 mm de diamètre), ce qui est particulièrement avantageux.
Dans une variante du cône de mesure illustrée fig. 8 et destinée à conférer à un cône de mesure 32 de grand angle p les avantages de sensibilité et faible pression de contact du cône sur la touche d'un cône d'angle x plus faible, la base inclinée de la touche de mesure 33 comporte deux zones de contact se faisant suite et inclinées chacune selon l'angle x inférieur au grand angle p dudit cône 32, mais au moins égal à l'angle d'un cône tel que celui de la fig. 6, afin de conserver l'avantage déjà décrit de ce dernier d'empêcher le basculement de la touche.
Dans ce cas, la course de contact desdites zones sur le cône de mesure est matérialisée par le fond 34 d'un sillon de section triangulaire (doublement hachuré sur le dessin), taillé à pleine masse dans le cône de mesure, en forme de rampe spiralée conique telle que décrite précédemment.
Dans une variante simplifiée non représentée mais suffisante, une seule zone inclinée à l'angle x inférieur à celui du cône est exécu tée sur la base de la touche de mesure, cette zone unique pouvant être de dimensions réduites et placée en n'importe quel endroit de la base inclinée de la touche, mais préférablement en son centre pour des raisons d'équilibrage.
Cette variante a été créée spécialement pour porter au maximum la capacité de la tête micrométrique selon l'invention, en particulier pour les appareils conçus pour la mesure des trous borgnes, à partir du raisonnement suivant, illustré par la fig. 13:
Sur un cône de petit angle a remplissant les exigences du minimum de pression de contact entre la touche et le cône, tout en assurant en même temps la touche contre le basculement, on décrit une spirale conique de pas PS à laquelle on lie une surface de largeur égale à la surface de contact de la touche p plus petite que le pas PY de la spirale.
Puis l'on découpe cette surface de largeur p et on la comprime, afin de réduire le pas P de la spirale jusqu'à ce qu'il devienne égal à p, et l'on déforme cette surface de telle manière que l'angle a d'inclinaison de cette surface par rapport à l'axe du cône reste le même.
On obtient ainsi une construction géométrique constituée d'une spirale conique de pas P à laquelle est rattachée une surface spirale conique de largeur p égale audit pas, ladite spirale conique étant inscrite dans un cône d'angle P plus grand que l'angle a d'origine, comme déjà décrit fig. 8.
Enfin, I'on donne à cette construction géométrique un mouvement hélicoïdal de pas égal au pas P de la spirale, ce qui a pour effet de faire avancer radialement la touche de la même manière que sur un cône de grand angle p assurant une grande capacité de mesure, avec en plus tous les avantages du minimum de pression de contact et de transmission des forces d'un cône de petit angle a.
Cette conformation particulière en forme de sillon triangulaire de la course de contact de la touche de mesure peut être avantageusement mise à profit, dans une variante représentée fig. 9, pour constituer dans sa section un angle rentrant Q par rapport à la normale de l'axe longitudinal du cône de mesure, destiné à la prise d'un organe de retenue de la touche, en remplacement du ressort de simple rappel 27 de la tête micrométrique représentée fig. 7.
Cet organe de retenue est ici un ergot 35 emmanché à force dans un logement radial 36 de la touche de mesure, qui est représentée en deux parties, une embase 37 et une tête de palpage 38 comportant un téton 39, lui-même emmanché également à force dans le logement 36.
Cet ergot 35 peut être soit monté rigidement, comme représenté sur cette fig. 9, soit d'une manière élastique, afin de permettre son dégagement automatique en cas de fausse manoeuvre, par exemple un recul trop rapide du cône de mesure.
Enfin, dans une variante du cône de mesure représentée fig. 10, la base 40 de ce cône de mesure spécial 41 est en forme de zone sphérique dont la section circulaire 42 est tangente aux génératrices du logement cylindrique 43 du boîtier 44 de la tête micrométrique, cette conformation particulière augmentant la longévité de l'instrument par la diminution importante du frottement du cône dans son logement. Cette configuration est naturellement aussi applicable à la variante selon fig. 8.
** ATTENTION ** start of DESC field can contain end of CLMS **.
CLAIMS
1. Micrometric head for interior measuring instrument in the housing (14) of which at least one measuring probe (18) with inclined base is mounted radially in a slide (15) and is driven by the axial displacement of a measuring cone (22) on the inclined lateral surface of which said key is held in contact by a return member (27), and in which the axial displacement of the measuring cone, the base (21) of which is guided in a cylindrical housing axial (20) of the housing, is obtained by the thrust of a journal (25) with micrometric screw (24) for axial drive and measurement engaged in a threaded element (23), integral with the housing, said cone and said journal being coaxial and said journal being intended to be connected to the display member of the measuring instrument,
characterized in that the measuring cone (22) is integral with the journal (25) with micrometric screw (24), so that the contact stroke of the inclined base of the probe on the measuring cone extends over a Conical spiral ramp (M "M" 'fig. 3, 4 and 5) with constant growth and great length, resulting from the combined movements of advance and rotation of the measuring cone.
2. Micrometric head according to claim 1, characterized in that the lateral surface of the measuring cone (22) is smooth.
3. Micrometric head according to claim 1, characterized in that the inclined base of the measuring key (33, Fig. 8) comprises at least one contact area inclined at a slope less than that of the generatrices of the measuring cone relative to to the axis of rotation thereof, and in that the contact stroke of said zone on the measuring cone, in the form of a conical spiral ramp, is materialized by the bottom (34, fig. 8) of a groove, the section of which forms an acute triangle, and on which the bottom rests said contact zone of the key.
4. Micrometric head according to claim 1, characterized in that the base (40, Fig. 10) of the measuring cone (41), guided in the axial cylindrical housing of the housing, is in the form of a spherical zone (42) of which the circular section is tangent to the generatrices of said cylindrical housing.
5. Micrometric head according to claim 3, characterized in that the wall of the furrow of the cone (32, fig. 9), delimiting each of its turns of the next, is inclined so as to form in its section a re-entrant angle (Q ) in which the return member (35) of the measuring key is engaged, said member being fixed to said key.
6. Micrometric head according to claim 5, characterized in that the return member (35, Fig. 9) of the measuring key (37) is a retaining lug rigidly fixed to said key.
7. Micrometric head according to claim 5, characterized in that the key return member is a retaining lug elastically fixed to said key.
8. Micrometric head according to claim 3 and one of claims 6 or 7, characterized in that the measuring key
consists of a base with an inclined base (37, fig. 9), comprising
a housing (36), and a probe head (38) comprising a
fixing stud (39) force-fitted into said housing,
The retaining pin also being force-fitted into said
housing.
The present invention relates to a micrometric head
for measuring instruments of interiors, such as bores, holes
blinds and internal threads of high-grade mechanical parts
cision, etc.
We know such heads, and in particular the micro head
metric equipping the measuring instrument called micrometer
of interiors, in the housing of which at least one measuring probe with an inclined base is mounted radially in a slide and is driven by the axial displacement of a measuring cone on the inclined lateral surface of which said probe is held in contact by a return member, and in which the axial displacement of the measuring cone, the base of which is guided in an axial cylindrical housing of the housing, is obtained by the thrust of a micrometric screw journal for axial drive and for measuring engaged in a threaded element integral with the housing, said cone and said journal being coaxial and said journal being intended to be connected to the display member of the measuring instrument.
This measuring head has the advantage of preventing the tilting of the measuring probe which may occur, because of the functional play of the assembly of this probe in its slide, when the contact zone of the probe with the inner wall of the probe. the part to be measured is not centered in the slide, and in particular when this key has an offset probe head for measuring the blind holes.
This advantage is inherent in the use of a cone on the inclined lateral surface of which the measuring probe can be supported by intimate contact with its base, inclined along a contact line forming an angle, re-entering with the tangent, to the defined circle. by the circular tilting path of at least one point of said inclined base. This contact line, materialized by the contact generator of the measuring cone, then forms a stop preventing the tilting of the button, the stop whose effectiveness is all the more certain the greater the angle at the top of the cone.
This advantage is valuable because it largely contributes to the quality of the measurements taken.
However, the use of a measuring cone to move the probe aside by sliding on its inclined base, in the manner of a wedge, has the drawback of requiring the application of a large thrust to move the probe and of thus cause the rapid wear of these two components in contact, the stroke of the relative displacement of the key on the cone being necessarily very short, and this thrust as well as the wear which it causes are all the greater as the angle at the top of the cone is large, this drawback being able to go so far as to prevent the radial displacement of the key.
On the other hand, we cannot increase this angle at the top of the cone without affecting the measurement sensitivity of the instrument, the ratio between the axial displacement of the cone, caused by the advance of the micrometric measuring screw and the radial displacement. of the key, then becoming unfavorable.
In order to avoid these drawbacks to a certain extent, the measuring cones used have a relatively small apex angle allowing only a small displacement of the key, thereby limiting the measuring capacity of the instrument. In addition,
as it is not possible to excessively extend the cone, especially if the instrument is used to measure blind holes, the capacity is necessarily very limited.
It is therefore not possible at the same time to increase the angle at the top of the measuring cone to prevent tilting of the key and increase the measuring capacity of the instrument, and to decrease said angle to avoid premature wear of the key and the cone and preserve the sensitivity of the instrument, these two solutions being incompatible.
With the aim of solving these problems, the micrometric head according to the invention is characterized in that the measuring cone is integral with the micrometric screw journal. so that the contact stroke of the inclined base of the probe on the measuring cone extends over a conical spiral ramp with constant growth and of great length resulting from the combined movements of advance and rotation of the measuring cone.
The appended drawing illustrates the state of the art as well as embodiments of the subject of the invention, given as examples.
Figs. I and 2 of this drawing are respectively a long view.
tudinal and a partial schematic front view of a detail
illustrating the state of the art.
Figs. 3 and 4 are respectively a longitudinal view and a
partial and schematic front view of this same detail illustrating the
technique according to the invention.
Fig. 5 is a supplement to FIGS. 3 and 4.
Fig. 6 is a partial and schematic longitudinal view
another detail illustrating the state of the art.
Fig. 7 is a perspective view in quarter section longi
tudinal of an embodiment of the object of the invention.
Fig. 8 is a partial and schematic longitudinal view
a detail of a variant of the subject of the invention.
Figs. 9 and 10 are partial longitudinal sections of
two other variations of details.
Figs. 11, 12, and 13 are diagrams illustrating the principles of
basis of the invention.
In fig. 1 and 2 are shown the measuring cone 1, the
measuring probe 2 with inclined base and the journal 4 with micrometric screw 5 of the head of a known interior micrometer. The housing of this head has not been shown for clarity of the description; this housing comprises a radial slide in which the measuring probe 2 moves, an axial guide element for the measuring cone 1 and the journal 4, as well as a threaded element in which the micrometric screw 5 engages.
To simplify the drawing as well as those which follow up to fig. 7, a single measuring key has been shown, as on certain instruments of this type with two diametrically opposed contact points. But everything that will be said is also applicable for a higher number of keys, for example 3.
On these fig. 1 and 2, the measuring key 2 is shown in contact with the inner wall 3 of a bore whose diameter corresponds to the maximum measuring capacity of the instrument. The position of the elements mentioned corresponding to the minimum capacity is shown in dotted lines.
The screwing of the micrometric screw 5 in the threaded element of the housing of the micrometric head has the effect of axially moving the measuring cone 1, under the thrust of the journal 4, and this axial movement of the measuring cone has the effect of moving radially the measuring probe 2 by wedge effect, the cone sliding axially under the probe.
For a chosen apex angle A of the measuring cone 1, the radial stroke e of the measuring probe is obtained for an axial displacement L of the micrometric screw journal, these three values being directly related, as well as the sliding stroke C of each of the points of contact of the measuring key 2 with the measuring cone 1 represented by the segment MM '.
It is clear that for the same axial displacement L of the measuring cone 1, the radial travel e of the measuring probe 2 will be greater the greater the angle A, and vice versa. However, we cannot play on these values at will, because too great an angle A of the measuring cone, chosen to increase the measuring capacity of the instrument, will cause premature wear of the surfaces in contact due to too much pressure from contact between key and cone, because this large angle will require the application of a significant thrust of the cone to move the key, and this all the more so as the sliding stroke C of these surfaces in contact with the key and the cone decreases as a function of the increase in said angle A of the cone.
It will thus be noted, with the help of the diagram of FIG. 1 1 and the formula:
P = Ftgz + ptFcosz + that, for example, for a pressing force F = 1.8 kg of key 2 on the part to be measured 3 and a coefficient of friction u = 0.19 between the key and the cone 1 , the force P necessary to push the cone in order to move the button varies from:
P = 1.650 kg for an angle z = 30e
at P = 4,100 kg for an angle a = 60
passing through P = 2,200 kg for an angle z = 400
The contact pressure Pc of the key on the cone, determined for these last two values of P given as an example, changes from:
:
Pc = 23 kg / mm2 for an angle z = 40
at Pc = 100 kg / mm2 for an angle z = 60, these values being obtained by means of the formula:
EMI2.1
in which
E (modulus of elasticity) = 21100 kg / mm2
r = 1.5 mm (radius of the cone) 1 = I mm (length of the surface
of contact).
This shows that, if the contact pressure of 23 kg / mm2, determined for an angle z = 400, is still admissible, that of 100 kg / mm2 corresponding to an angle z 60 is clearly greater than the maximum admissible unit load for the usual metals constituting the cone and the key, and therefore cannot be applied without rapidly causing deterioration of the contact surfaces of the key and the cone. It will also be noted that, for a large angle A = 2 z of the cone, the ratio between the displacement L of the micrometric screw 5 and the stroke e of the key becomes unfavorable for the measurement sensitivity of the instrument.
As already indicated previously, it therefore does not appear possible, with a measuring instrument of this type, to obtain both excellent sensitivity and high measuring capacity, for lack of being able to both decrease and increase the angle at apex A of the measuring cone.
The technique according to the invention, which however makes it possible to solve this problem, is illustrated by FIGS. 3 and 4 representing a measuring cone 6, a measuring probe 2 and a micrometric screw 8 having the same characteristics as the similar elements of FIGS. 1 and 2 illustrating the state of the art which has just been described, which means that, for the same axial displacement L of the measuring cone 6, the measuring probe 2 performs the same radial stroke e.
However, the journal 7 is here integral with the measuring cone 6 and with the micrometric screw 8, which has the effect of linking the measuring cone 6 not only to the axial displacement of the micrometric screw 8, but also to link it to its angular displacement R. And this means that the sliding stroke C '(fig. 5) of a point of the measuring probe 2 on the measuring cone 6 no longer appears in the form of a linear segment such as the segment MM 'of FIG. 1, but in the form of a conical spiral M "M" '(fig. 3 and 4) of constant growth and of very slight slope, as shown in fig. 5, where the latter is shown developed, at least incompletely, the width of the drawing not allowing its complete representation.
These drawings of fig. 1 to 5 being executed on the same scale, we can clearly see the significant gain acquired on the thrust necessary to move the button, the latter being pushed on a ramp of very long length and of very low slope, relatively to the linear stroke very short C and very steep slope of the same elements of the known state of the art shown in fig. 1 and 2.
This significant gain has the advantage of being able to be used to choose a better compromise in the ratio of the angle A of the measuring cone and the stroke L of the micrometric screw, in order to obtain both an increase in the measuring capacity of the instrument and good measurement sensitivity, in particular by choosing a larger cone angle for the same axial displacement of the micrometric screw.
As already indicated previously, the possibility of increasing the angle at the apex of the cone provides the additional and valuable advantage of further preventing the tilting of the measuring probe.
This effect is illustrated by fig. 6, showing in an exaggerated manner, in order to bring out the phenomenon, a measuring cone 9 of the known type and a measuring probe with an offset probe head 10 housed in a housing 11 comprising a radial slide 12 in which the sensor moves. measuring key, the measuring cone 9 being moved axially by a journal 13 with a micrometric screw, not shown. The offset probe head 10 being provided for the internal measurement of the blind holes, under the effect of this thrust of the journal 13, the measuring cone 9 pushes the measuring probe and the latter will rest on the wall of the hole blind by its offset probe head 10 which will undergo a reaction Fi, the line of action of which will be offset with respect to the axis of the radial slide 12.
A functional play being necessarily provided for in the mounting of the key in its slide, this off-center reaction Fi will have the effect of attempting to tilt the key, for example around the limit point of support O of the front edge of the radial slide 12.
If the angle of inclination z of the base of the key, corresponding to the half-angle at the apex of the cone, is sufficiently large, the circular trajectory T of tilting of at least one point N of the inclined base of the key with the cone will be re-entrant in it, which is made evident by the re-entrant angle D formed by the tangent t led to the point N of the circle defined by the circular tilting trajectory T having the point O as its center, and by the contact line of the inclined base of the button with the cone. The wall of the cone therefore forms on this contact line a sort of stop preventing the key from tilting, and this stop is all the more effective the greater the angle at the top of the cone and the resistance to sliding of the key on the cone, which also opposes its tilting, is correspondingly increased.
This latter effect is illustrated by the diagram of FIG. 12 on which the key 10 is shown tilting around a pivot materializing the pivot point O (FIG. 6), in which said key pivot can slide vertically when its base of support on the cone slides on the latter.
It can be seen that, under the effect of the force Fi offset on the key with an offset value a, the support base of the key tends to rise on the wall of the cone by tilting around the point O, located at a distance b from said wall.
So that the key does not toggle, the equilibrium relation must be satisfied:
F3 sinp = 11 F4 + u F2 relation in which:
p = 90 - z
F2 = 2F1
at
F3 = F1 b
at
and F4 = Fl -b cos p
b
From this relation one draws for value of 1l, coefficient of friction:
EMI3.1
If we take as example values close to reality a = 1 mm and b = 2 mm, we find as respective values of 1l, for angles x of 30 ', 40 and 60:
:
p = 0, l9pourz = 30
u = 0.16 for x = 40
and u = 0.10 for z = 60
This means that, so that the key does not tilt, the coefficient of friction of the key on the cone needs to be all the less important as the angle x of said cone is large. In other words, this clearly means that, for a given coefficient of friction p, which is always the case, the resistance to sliding of the key on the cone is all the greater the greater the angle.
The micrometric head according to the invention and shown in FIG. 7 benefits from all the advantages mentioned above.
The housing 14 of this micrometric head comprises three radial slides, only one of which, marked 15, is visible in section, these three slides being arranged at 120 and delimited at the end of said housing by a cover 16 fixed by invisible screws screwed into the wall. 17 of said housing, said slides being delimited inwardly by the bottom 181 of notches made in said wall 17.
In these wings, three measuring keys, two of which are marked 18 and 19 are visible, slide radially.
Following these slides, the housing 14 comprises a cylindrical housing 20 in which the cylindrical base 21 of a measuring cone 22 is guided, and a threaded part 23 in which the micrometric drive and measuring screw 24 d is engaged. 'a journal 25 integral with the cylindrical base 21 of the measuring cone 22.
The measuring keys each comprise a cylindrical housing 26 in the reduced end of which one end of a return spring 27 is engaged, said spring, made of steel wire, being engaged by its other wound end 28 in a suitable housing of the housing 14.
This spring 27 is intended to keep each measuring key in contact with the measuring cone when the latter is retracted axially in its housing, to the right in the drawing.
The end of the driving and measuring micrometric screw has a threaded blind hole with a conical entry 29, intended to receive the threaded end of a connecting rod connecting the cone 22 / journal 25 / micrometric measuring screw assembly. 24 to the display unit of the measuring instrument.
The cone 22, journal 25 and micrometric screw 24 elements are coaxial and rigidly linked to each other, so that the measuring keys are pushed by the measuring cone 22 on a conical spiral ramp as described above and illustrated in FIGS. 3,4and5.
In this fig. 7 is also shown in dotted lines the extreme exit position of the measuring key 18, in order to highlight the measuring capacity of the instrument which goes from the minimum diameter marked 30 to the maximum diameter 31, the difference between these two diameters , to give an example, which may be 10 mm (between 20 and 30 mm in diameter), which is particularly advantageous.
In a variant of the measuring cone illustrated in fig. 8 and intended to give a measuring cone 32 of wide angle p the advantages of sensitivity and low contact pressure of the cone on the tip of a cone of angle x weaker, the inclined base of the measuring tip 33 comprises two contact zones following one another and each inclined at the angle x less than the large angle p of said cone 32, but at least equal to the angle of a cone such as that of FIG. 6, in order to retain the advantage of the latter, already described, of preventing the key from tilting.
In this case, the contact stroke of said zones on the measuring cone is materialized by the bottom 34 of a furrow of triangular section (double hatched in the drawing), cut to full mass in the measuring cone, in the form of a ramp spiral conical as described above.
In a simplified variant, not shown but sufficient, a single zone inclined at the angle x less than that of the cone is executed on the basis of the measuring probe, this single zone possibly being of reduced dimensions and placed in any place of the inclined base of the key, but preferably in its center for reasons of balance.
This variant was specially created to maximize the capacity of the micrometric head according to the invention, in particular for devices designed for measuring blind holes, from the following reasoning, illustrated in FIG. 13:
On a cone of small angle a fulfilling the requirements of the minimum contact pressure between the key and the cone, while at the same time ensuring the key against tilting, we describe a conical spiral of pitch PS to which we bond a surface of width equal to the contact surface of the key p smaller than the pitch PY of the spiral.
Then we cut this surface of width p and we compress it, in order to reduce the pitch P of the spiral until it becomes equal to p, and we deform this surface in such a way that the angle the inclination of this surface with respect to the axis of the cone remains the same.
A geometric construction is thus obtained consisting of a conical spiral of pitch P to which is attached a conical spiral surface of width p equal to said pitch, said conical spiral being inscribed in a cone of angle P greater than the angle a d 'origin, as already described in fig. 8.
Finally, this geometric construction is given a helical movement with a pitch equal to the pitch P of the spiral, which has the effect of making the key advance radially in the same way as on a cone of wide angle p ensuring a large capacity. of measurement, with in addition all the advantages of minimum contact pressure and transmission of forces of a cone of small angle a.
This particular conformation in the form of a triangular groove of the contact stroke of the measuring probe can be advantageously taken advantage of, in a variant shown in FIG. 9, to constitute in its section a re-entrant angle Q with respect to the normal of the longitudinal axis of the measuring cone, intended for the engagement of a member for retaining the key, replacing the simple return spring 27 of the micrometric head shown in fig. 7.
This retaining member is here a lug 35 force-fitted into a radial housing 36 of the measuring probe, which is shown in two parts, a base 37 and a probe head 38 comprising a stud 39, itself also fitted with force in the housing 36.
This lug 35 can either be mounted rigidly, as shown in this FIG. 9, or in an elastic manner, in order to allow its automatic release in the event of a false operation, for example too rapid retreat of the measuring cone.
Finally, in a variant of the measuring cone shown in FIG. 10, the base 40 of this special measuring cone 41 is in the form of a spherical zone whose circular section 42 is tangent to the generatrices of the cylindrical housing 43 of the housing 44 of the micrometric head, this particular conformation increasing the longevity of the instrument by the significant reduction in the friction of the cone in its housing. This configuration is naturally also applicable to the variant according to fig. 8.