FR2570774A1

FR2570774A1 - Ball joint whose rotation in one degree of freedom is limited or zero

Info

Publication number: FR2570774A1
Application number: FR8414560A
Authority: FR
Inventors: Jean-Claude Baud
Original assignee: LOIRE ELECTRONIQUE
Current assignee: LOIRE ELECTRONIQUE
Priority date: 1984-09-21
Filing date: 1984-09-21
Publication date: 1986-03-28

Abstract

Ball joint comprising a spherical ball 12 housed in a spherical cavity 19 which comprises means for limiting or preventing rotation about an axis Y Y' which are arranged between the ball and the cavity. These limiting or preventing means comprise for example two spherical protuberances 14, 15 which abut with the longitudinal edges of grooves 21, 22 in the cavity in order to prevent rotation about the axis Y Y'.

Description

ARTICULATION A ROTULE A ROTATION LIMITEE
OU SUPPRIMEE SUIVANT UN DEGRE DE LIBERTE.BALL JOINT WITH LIMITED ROTATION
OR DELETED FOLLOWING A DEGREE OF FREEDOM.

L'invention est relative à une articulation à rotule. The invention relates to a ball joint.

Une telle articulation comprend deux éléments complémentaires, l'un, convexe (mâle) formant une partie d'une boule sphérique et l'autre, concave (femelle) en forme de calotte sphérique généralement de même rayon que celui de la boule et logeant le premier élément. Such a joint comprises two complementary elements, one, convex (male) forming part of a spherical ball and the other, concave (female) in the form of a spherical cap generally of the same radius as that of the ball and housing the first element.

Ces deux éléments peuvent pivoter l'un par rapport à l'autre suivant trois degrés de liberté, Cest-à-dire qu'un élément peut tourner par rapport à l'autre suivant trois rotations autour des axes d'un repère spatial. These two elements can rotate relative to each other according to three degrees of freedom, that is to say that one element can rotate relative to the other according to three rotations around the axes of a spatial reference.

Il est quelquefois utile, notamment pour des raisons de sécurité, de limiter ou supprimer l'un des degrés de liberté. Par exemple quand les deux éléments sont traversés par un conducteur électrique il est préférable que les trois rotations soient limitées angulairement pour empêcher que le fil ne se torsade et, ainsi, ne pas risquer qu'il se détériore ou même soit coupé. En général la limitation de deux rotations s'effectue de façon naturelle par butée de la pièce à l'extrémité de laquelle se trouve l'élément convexe contre la face du second élément dans laquelle débouche l'empreinte sphérique. Par contre une troisième rotation, celle qui s'effectue autour d'un axe non parallèle à ladite face du second élément, n'est pas limitée de façon naturelle. Il faut donc prévoir des moyens limitant l'amplitude angulaire de cette rotation ou l'empêchant complètement.Les moyens de ce typè qui sont connus jusqu'à présent sont encombrants et complexes. It is sometimes useful, in particular for security reasons, to limit or eliminate one of the degrees of freedom. For example when the two elements are crossed by an electrical conductor it is preferable that the three rotations are limited angularly to prevent the wire from twisting and, thus, not to risk that it deteriorates or even is cut. In general, the limitation of two rotations takes place naturally by abutment of the part at the end of which is the convex element against the face of the second element in which the spherical impression opens. On the other hand, a third rotation, that which takes place around an axis not parallel to said face of the second element, is not naturally limited. It is therefore necessary to provide means limiting the angular amplitude of this rotation or preventing it completely. The means of this type which are known up to now are bulky and complex.

L'invention fournit de tels moyens de limitation ou de blocage d'une rotation qui sont peu encombrants, d'une constitution particulièrement simple et de réalisation peu onéreuse. The invention provides such means of limiting or blocking a rotation which are compact, of a particularly simple constitution and inexpensive to produce.

Elle est caractérisée en ce que les moyens de limitation ou annulation d'une rotation autour d'un axe sont disposés entre la boule et l'empreinte. De préférence l'annulation ou limitation est obtenue par la butée d'un grain sphérique contre des bords d'une gorge de l'empreinte sphérique et/ou de la boule sphérique. It is characterized in that the means for limiting or canceling a rotation about an axis are arranged between the ball and the imprint. Preferably the cancellation or limitation is obtained by the abutment of a spherical grain against the edges of a groove of the spherical impression and / or of the spherical ball.

Dans une réalisation, qui permet l'interdiction de la rotation autour d'un axe perpendiculaire à la face entourant l'ouverture de l'empreinte, on prévoit deux gorges dans cette empreinte sphérique dont les premières extrémités débouchent dans ladite face, qui sont de préférence symétriques par rapport à l'axe autour duquel la rotation doit être annulée et qui logent deux saillies ou grains sphériques diamétralement opposés de ladite boule sphérique du premier élément. L'annulation de la rotation est obtenue par butée des grains sphériques de la boule contre les bords longitudinaux des gorges. En variante les grains sont en saillie, vers l'intérieur, de l'empreinte sphérique et les gorges sont prévues à la périphérie de la boule du premier élément de l'articulation. In one embodiment, which allows the prohibition of rotation about an axis perpendicular to the face surrounding the opening of the imprint, two grooves are provided in this spherical imprint, the first ends of which open into said face, which are of preferably symmetrical with respect to the axis around which the rotation must be canceled and which house two diametrically opposite protrusions or spherical grains of said spherical ball of the first element. The cancellation of the rotation is obtained by abutment of the spherical grains of the ball against the longitudinal edges of the grooves. As a variant, the grains protrude inwards from the spherical imprint and the grooves are provided at the periphery of the ball of the first element of the joint.

Dans une autre réalisation, qui supprime également un degré de liberté, à savoir la rotation autour de l'axe perpendiculaire à la face de sortie du second élément, on prévoit une bille sphérique qui coopère avec une gorge de la boule ou de l'empreinte et qui est logée dans une cavité hémisphérique dont le diamètre est voisin de celui de la bille et qui est ménagée dans l'empreinte ou dans la boule. In another embodiment, which also eliminates a degree of freedom, namely rotation about the axis perpendicular to the outlet face of the second element, a spherical ball is provided which cooperates with a groove in the ball or the imprint and which is housed in a hemispherical cavity whose diameter is close to that of the ball and which is formed in the impression or in the ball.

Avec une bille sphérique, pour obtenir une limitation, au lieu d'une annulation, de la rotation autour d'un axe, on loge la bille dans une gorge au lieu de la loger dans une cavité de mêmes dimensions. With a spherical ball, to obtain a limitation, instead of a cancellation, of rotation around an axis, the ball is housed in a groove instead of being housed in a cavity of the same dimensions.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés, sur lesquels:
- la figure 1 est une vue en coupe d'une articulation selon l'invention,
- la figure 2 est une vue éclatée en perspective des deux éléments de l'articulation de la figure 1,
- les figures 3 et 4 sont des vues analogues à celles des figures, respectivement 1 et 2, mais pour une variante, et
- les figures 5 et 6 sont des vues analogues aux figures, respectivement 1 et 2, pour une autre variante.Other characteristics and advantages of the invention will become apparent with the description of some of its embodiments, that being carried out with reference to the attached drawings, in which:
FIG. 1 is a sectional view of a joint according to the invention,
FIG. 2 is an exploded perspective view of the two elements of the joint in FIG. 1,
FIGS. 3 and 4 are views similar to those of the figures, respectively 1 and 2, but for a variant, and
- Figures 5 and 6 are views similar to the figures, respectively 1 and 2, for another variant.

On se réfère d'abord aux figures 1 et 2. We first refer to Figures 1 and 2.

L'articulation comprend deux éléments l'un mâle, 10, et l'autre femelle, 11. The joint comprises two elements, one male, 10, and the other female, 11.

L'élément mâle 10 présente une boule sphérique 12 prolongée par une tige cylindrique 13 permettant la liaison avec un organe (non représenté) auquel l'articulation doit être affectée. The male element 10 has a spherical ball 12 extended by a cylindrical rod 13 allowing the connection with a member (not shown) to which the articulation must be assigned.

La boule sphérique 12 comporte deux saillies ou grains sensiblement hémisphériques 14 et 15 dont les centres sont sur la surface de la sphère constituant la boule 12, dans le plan équatorial perpendi culaire à l'axe 16 du cylindre 13 et en des positions diamétralement opposées. Les rayons des grains sphériques 14 et 15 sont égaux et cette valeur commune est petite par rapport au rayon de la boule 12. The spherical ball 12 has two substantially hemispherical projections or grains 14 and 15 whose centers are on the surface of the sphere constituting the ball 12, in the equatorial plane perpendicular to the axis 16 of the cylinder 13 and in diametrically opposite positions. The radii of the spherical grains 14 and 15 are equal and this common value is small compared to the radius of the ball 12.

L'élément femelle Il de l'articulation comprend une partie cylindrique principale 17 se terminant par une face d'extrémité 18, perpendiculaire à l'axe des cylindres, dans laquelle débouche une empreinte ou cavité hémisphérique 19 logeant la boule 12 de llélé- ment mâle 10. The female element II of the articulation comprises a main cylindrical part 17 ending in an end face 18, perpendicular to the axis of the cylinders, into which opens a hemispherical cavity or cavity 19 housing the ball 12 of the element male 10.

L'élément femelle il se termine, à l'oppose de la face 18, par une autre partie cylindrique ou chapeau 20 de plus grand diamètre, facilitant la connexion de l'élément dll à l'organe à articuler. The female element ends there, opposite the face 18, by another cylindrical part or cap 20 of larger diameter, facilitating the connection of the element dll to the member to be articulated.

La cavité hémisphérique 19 présente des gorges 21 et 22 destinées à recevoir les grains ou saillies, respectivement 14 et 15, de la boule 12. Les axes (curvilignes) longitudinaux des gorges 21 et 22 sont symétriques par rapport à l'axe 16' du cylindre 17, et se trouvent dans un plan contenant cet axe 16'. Les gorges débouchent, comme la cavité 19, dans la face 18. A l'autre extrémité ces gorges 21 et 22 se terminent par des épaulements formant butées, respectivement 21 et 22 . En section par un plan équatorial de la
a a sphère formant la cavité 19 chaque gorge 21 ou 22 a la forme d'un demi-cercle de rayon légèrement supérieur à celui des grains sphériques correspondants 14 ou 15. The hemispherical cavity 19 has grooves 21 and 22 intended to receive the grains or projections, respectively 14 and 15, of the ball 12. The longitudinal (curvilinear) axes of the grooves 21 and 22 are symmetrical with respect to the axis 16 'of the cylinder 17, and lie in a plane containing this axis 16 '. The grooves open, like the cavity 19, in the face 18. At the other end these grooves 21 and 22 end in shoulders forming abutments, respectively 21 and 22. In section by an equatorial plane of the
aa sphere forming the cavity 19 each groove 21 or 22 has the shape of a semicircle of radius slightly greater than that of the corresponding spherical grains 14 or 15.

La cavité 19 se termine à son débouché dans la face 18 par une partie cylindrique 24 de meme rayon que la partie principale hémisphérique, de façon que, lorsque les axes 16 et 16' sont en prolongement l'un de l'autre, les grains 14 et 15 soient entièrement logés dans la cavité 19. The cavity 19 ends at its outlet in the face 18 by a cylindrical part 24 of the same radius as the main hemispherical part, so that, when the axes 16 and 16 'are in extension of one another, the grains 14 and 15 are fully housed in the cavity 19.

Le fonctionnement est le suivant:
La rotation de l'élémènt 10 par rapport à l'élément 11 autour de l'axe X X' passant par les centres des saillies 14 et 15 n'est limitée que par la butée de la tige 13 entre la face 18. La rotation autour de l'axe Z Z' (figure 2) qui constitue le troisième axe d'un repère orthonormé dont le premier axe est l'axe X X' et le second l'axe Y Y' constitué par l'axe 16, est également possible; elle est limitée par la butée des saillies 14 et 15 contre les fonds 21a et 22a des gorges.The operation is as follows:
The rotation of the element 10 relative to the element 11 about the axis XX 'passing through the centers of the projections 14 and 15 is only limited by the stop of the rod 13 between the face 18. The rotation around of the axis ZZ '(FIG. 2) which constitutes the third axis of an orthonormal reference frame the first axis of which is the axis XX' and the second the axis YY 'formed by the axis 16, is also possible; it is limited by the stop of the projections 14 and 15 against the bottoms 21a and 22a of the grooves.

Par contre la rotation autour de l'axe Y Y' n'est pas possible car les grains ou saillies 14 etiou 15 butent contre les bords longitudinaux de la gorge correspondantc 21 ou 22. On the other hand, rotation around the axis Y Y 'is not possible because the grains or projections 14 and 15 abut against the longitudinal edges of the corresponding groove 21 or 22.

En variante les gorges 21 et 22 se raccordent l'une à l'autre. As a variant, the grooves 21 and 22 are connected to one another.

Dans ce cas la rotation autour de l'axe Z Z' est limitée, comme la rotation autour de l'axe X X', par la butée de la tige 13 contre la face 18.In this case the rotation around the axis Z Z 'is limited, like the rotation around the axis X X', by the stop of the rod 13 against the face 18.

En variante encore les grains 14 et 15 sont en saillie vers l'intérieur de la cavité 19 tandis que les' gorges 21 et 22 sont ménagées dans la boule 12. As a further variant, the grains 14 and 15 protrude towards the inside of the cavity 19 while the 'grooves 21 and 22 are formed in the ball 12.

On se réfère maintenant aux figures 3 et 4. We now refer to Figures 3 and 4.

Sur ces figures les éléments identiques à ceux de la figure 1 et 2 portent les mêmes chiffres de référence et ne sont pas décrits en détail. In these figures, the elements identical to those of FIG. 1 and 2 bear the same reference numbers and are not described in detail.

Dans cette réalisation la rotation autour de J'axe Y Y' est possible mais limitée angulairement à un angle légèrement inférieur à 3600. In this embodiment rotation around the axis Y Y 'is possible but limited angularly to an angle slightly less than 3600.

La cavité 19 présente une gorge 30 dont l'axe longitudinal curviligne est dans le plan des axes X X' et Z Z' et forme un cercle presque complet limité par des extrémités 31 et 32. Cette gorge 30 loge une bille sphérique 33 de rayon légèrement inférieur à celui que présente ladite gorge en section par un plan passant par l'axe 16'. The cavity 19 has a groove 30 whose curvilinear longitudinal axis is in the plane of the axes XX 'and ZZ' and forms an almost complete circle limited by ends 31 and 32. This groove 30 houses a spherical ball 33 of slightly smaller radius to that presented by said groove in section through a plane passing through the axis 16 '.

La bille 33 est également logée dans une gorge 34 de la boule sphérique 12. L'axe longitudinal (curviligne) de la gorge 34 forme un arc de cercle disposé dans un plan équatorial, défini par les axes Y Y'et Z Z', de la boule 12, et qui s'étend sur un angle légèrement inférieur à 1800. The ball 33 is also housed in a groove 34 of the spherical ball 12. The longitudinal (curvilinear) axis of the groove 34 forms an arc of a circle arranged in an equatorial plane, defined by the axes Y Y ′ and Z Z ′, of the ball 12, and which extends over an angle slightly less than 1800.

Après le montage la bille 33 reste constamment dans les gorges 30 et 34 et ne peut s'échapper. After mounting, the ball 33 remains constantly in the grooves 30 and 34 and cannot escape.

La rotation autour de l'axe X X' est limitée soit par la butée de la bille contre les extrémités 34 et 34b de la gorge34
a b de la gorge 34 soit par la butée de la tige 13 contre la face 18 de l'élément femelle 11.The rotation around the axis XX 'is limited either by the stop of the ball against the ends 34 and 34b of the groove 34
ab of the groove 34 or by the stop of the rod 13 against the face 18 of the female element 11.

La rotation autour de l'axe Z Z' n'est limitée que par la butée de la tige 13 contre la face 18. The rotation about the axis Z Z 'is only limited by the stop of the rod 13 against the face 18.

La rotation autour de l'axe Y Y' est limitée par la butée de la bille 33 contre les extrémités 31 et 32 de la gorge 30. The rotation around the axis Y Y 'is limited by the stop of the ball 33 against the ends 31 and 32 of the groove 30.

Dans une variante (non montrée) de la réalisation représentée sur les figures 1 et 2 on prévoit une gorge analogue à celle de repère 30 sur la figure 4, les autres parties de la réalisation décrite en relation avec la figure 1 et 2 restant cependant inchangées. On établit ainsi une rotation angulairement limitée autour de l'axe Y Y'. In a variant (not shown) of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, a groove similar to that of reference 30 in FIG. 4 is provided, the other parts of the embodiment described in relation to FIG. 1 and 2 remaining however unchanged. . An angularly limited rotation is thus established around the axis Y Y '.

Toutefois cette rotation n'est possible que lorsque les saillies 14 et 15 pénètrent dans ladite gorge, c'est-à-dire lorsque les axes 16 et 16' sont alignés.However, this rotation is only possible when the projections 14 and 15 penetrate into said groove, that is to say when the axes 16 and 16 'are aligned.

Dans une variante de la réalisation des figures 3 et 4 on prévoit une seconde bille (non représentée) logée dans la gorge 30 et dans une seconde gorge de la boule 12 symétrique de la gorge 34 par rapport au plan X Y. Si cette solution est adoptée la rotation autour de l'axe Y Y' est limitée à un angle légèrement inférieur à 1800. In a variant of the embodiment of FIGS. 3 and 4, a second ball (not shown) is provided housed in the groove 30 and in a second groove in the ball 12 symmetrical with the groove 34 relative to the plane X Y. If this solution is adopted the rotation around the axis YY 'is limited to an angle slightly less than 1800.

On se réfère maintenant aux figures 5 et 6. We now refer to Figures 5 and 6.

Dans cet exemple la boule 12 est identique à celle de l'exemple des figures 3 et 4, c'est-à-dire qu'elle comporte une gorge 34. On prévoit également une bille 33. Cette réalisation se distingue cependant de celle des figures 3 et 4 par le fait qu'à la place de la gorge 30 de l'élément femelle 11 on prévoit une simple cavité hémisphérique 35 dans l'empreinte 19 de rayon légèrement supérieur à celui de la bille 33. De cette manière la rotation autour de l'axe Y Y' n'est plus possible, le fonctionnement restant par ailleurs le même que celui de l'exemple des figures 3 et 4. In this example, the ball 12 is identical to that of the example in FIGS. 3 and 4, that is to say that it has a groove 34. A ball 33 is also provided. This embodiment differs from that of the Figures 3 and 4 by the fact that instead of the groove 30 of the female element 11 there is provided a simple hemispherical cavity 35 in the cavity 19 of radius slightly greater than that of the ball 33. In this way the rotation around the axis YY 'is no longer possible, the operation otherwise remaining the same as that of the example in FIGS. 3 and 4.

En variante le logement 35 est sur la boule 12 et la gorge 34 dans l'empreinte 19. As a variant, the housing 35 is on the ball 12 and the groove 34 in the imprint 19.

Dans toutes les réalisations où l'on prévoit une bille les dimensions de cette dernière et des gorges seront choisies pour assurer un jeu suffisant permettant la rotation de la bille sur ellemême. In all the embodiments where a ball is provided, the dimensions of the latter and of the grooves will be chosen to ensure sufficient play allowing the rotation of the ball on itself.

Dans une réalisation (non représentée) l'élément femelle il présente un trou central d'axe 16' et, de même, l'élément mâle 10 présente également un trou central d'axe 16. Ces trous permettent le passage d'un conducteur électrique reliant une pièce fixée à l'élément Il à une autre pièce fixée à l'élément 10. La limitation de la rotation autour de l'axe Y Y' diminue les risques de détérioration de ce conducteur électrique car si cette rotation n'était pas limitée une manipulation sans précautions pourrait conduire à torsader le fil et ainsi risquer de le casser. In one embodiment (not shown) the female element has a central hole with an axis 16 ′ and, likewise, the male element 10 also has a central hole with an axis 16. These holes allow the passage of a conductor electric connecting a part fixed to the element II to another part fixed to the element 10. Limiting the rotation around the axis YY 'reduces the risk of deterioration of this electrical conductor because if this rotation was not limited handling without precautions could lead to twisting the wire and thus risk breaking it.

Un tel conducteur électrique est par exemple un câble de sortie d'une caméra de surveillance fixée à l'élément 11 et connectée à un moniteur de télévision. La limitation du mouvement d'un appareil fixé à l'élément 10 ou à l'élément 11 est également utile dans certains cas pour des raisons de sécurité des usagers. Such an electrical conductor is for example an output cable from a surveillance camera fixed to the element 11 and connected to a television monitor. Limiting the movement of a device attached to element 10 or element 11 is also useful in certain cases for reasons of user safety.

Claims

1. Ball joint comprising a male element (10) with a spherical ball (12) housed in a cavity or spherical imprint (19) of a female element (11), characterized in that it comprises means for limiting, or prevent, a rotation around an axis which are arranged between the ball and the imprint.

2. Joint according to claim 1, characterized in that the means of limitation or cancellation comprise at least one spherical grain or ball and at least one groove (21, 22; 30, 34) of the imprint and / or of the ball housing said grain or ball and limiting or canceling, by abutment of the grain or ball against its longitudinal edges or its axial ends, the rotation about an axis (Y Y ').

3. Joint according to claim 2, characterized in that it comprises two spherical grains (14, 15) constituting projections of the ball (12) of the male element (10) which cooperate with the stop with the longitudinal edges of grooves (21, 22) respective of the imprint to prevent rotation about an axis (Y Y ').

4. Joint according to claim 2, characterized in that it comprises two grains which are constituted by protrusions of the imprint (19) which cooperate in abutment with the longitudinal edges of the grooves of the ball (12) to prevent rotation around bun axis (Y Y ').

9. Joint according to claim 3 or 4, characterized in that the grains (14, 15) are in an equatorial plane, in diametrically opposite positions.

6. Joint according to any one of claims 3 to 5, characterized in that, to allow limited rotation around said axis (Y Y '), the imprint or the ball has a groove extending in an arc less than 3600, the mean line of this groove being in a plane perpendicular to said axis (Y Y ').

7. Joint according to claim 2, characterized in that said spherical grain consists of a ball (33) housed in a groove (34) of the ball and in a groove (30) of direction different from the imprint.

8. Joint according to claim 7, characterized in that each groove has ends (31, 32, 34a 3 b) allowing angular limitations of rotation.

9. Joint according to claim 8, characterized in that the groove (30) of imprint slétend along a portion of circumference, preferably equatorial, along an arc slightly less than 3600.

10. Joint according to claim 2, characterized in that the grain consists of a spherical ball (33) housed on the one hand, in a groove (34) of the ball (12) and, on the other hand, in a spherical cavity (35) of the imprint (19) practically the same dimensions as those of said ball to prevent rotation about an axis (Y yt) by abutment of the ball against, on the one hand, the walls of the ball cavity (35) and, on the other hand, the longitudinal walls of the groove (34) of the ball (12).

11. Joint according to claim 2, characterized in cc that the grain is constituted by a spherical ball housed in a groove of the imprint and in a spherical cavity of the ball of diameter slightly greater than that of the ball to prevent rotation around an axis by abutment of the ball against, on the one hand, the walls of said cavity and, on the other hand, the longitudinal edges of the groove.

12. Joint according to any one of the preceding claims, characterized in that the two elements have through holes along the axis around which rotation is not possible or is angularly limited.

13. Joint according to claim 12, characterized in that the through holes house an electrical conductor.

14. Application of the joint according to claim 13 to the support of a television camera, in particular for surveillance.