Brevet FR2254784A1 — publié le 19750711

La présente invention concerne les dispositifs qui servent à mesurer les paramètres vibratoires. Plus précisément, elle a pour objet un capteur des paramètres vibratoires propres aux pièces des machines en marche, tels Que: pressions, -accélérations et forces à évolution rapide lors de charges de choc, etc. On connaît un capteur paramétrique de vibrations, qui est un capteur piézo-électrique à-un seul élément constitutif et est destiné à mesurer les composantes d'accélération engendrées par les vibrations mécaniques d'une machine en marche. le capteur en question est constitué par un carter en forme de corps de révolution cylindrique qui renferme un élément sensible à cristal, l'axe de sensibilité de ce dernier étant généralement orienté le long de l1axe -du bolier. Gelul-ci est pourvu d'un filetage, soit d'un logement taraudé pour le goujon de fixation, à l'aide desquels ce capteur est fixé sur la pièce à étudier, cette dernière ayant un trou taraudé correspondant. Un tel capteur n'assure la possibilité de mesurer qu'urne seule composante d'accélération soit longitudinale, soit transversale à l'endroit où il est fixé sur la pièce ou sur l'organe immobile d'une machine ou d'un mécanisme - en marche. le montage de capteurs similaires sur des pièces ayant une grande vitesse de rotation, c'est-à-dire de pièces en mouvement rotatoire de haute fréquence, est assez compliqué. En effet, cela nécessite un usinage supplémentaire de la pièce, c'est-à-dire un prélèvement de sa matière en vue d'y fixer le capteur, ce qui modifie les caractéristiques d'inertie et de rigidité, et compromet en outre l'équilibrage de la pièce rotative que l'on controle. Enfin, le montage de ces capteurs sur les pièces et sur les ensembles ayant une grande vitesse de rotation est extra mement peu fiable, étant donné que la conception constructive de ces pièces et ensembles ne s'y pre-te point. Sont connus encore les capteurs piézo-électriques à éléments constitutifs multiples. Ils sont destinés à relever en un seul point les mesures de plusieurs composantes d'accélération à la fois dans des pièces ou des ensembles immobiles d'une machine ou d'un mécanisme en marche. Il s'avère cependant impossible de les adapter à des pièces ayant une grande vitesse de rotation, vu leur encombrement et le procédé appliqué pour les fixer à l'aide d'une bride et de plusieurs vis. D'autre part, les capteur piézo-électriques à éléments constitutifs multiples ne sont pratiquement pas utilisables dans les études des oscillations acoustiques, car, conformément à la méthode de séparation des vibrations spatiales des pièces rotatives, il faut relever une suite de signaux électriques répondant aux vibrations longitudinales, radiales ou bien aux vibrations transversales de torsion, et ce relevé doit être fait en un seul point, et encore est-il désirable qu'il soit réalisé avec un seul élément sensible. le but de la présente invention consiste à mettre au point un capteur paramétrique de vibrations propres aux pièces des machines en marche, qui comprendrait un seul élément constitutif et dont la conception constructive rendrait fiable sa fixation sur des pièces tournant à une grande vitesse et ne demandant pour cela qu'un prélèvement minimal de la matière des pièces pendant l'usinage supplémentaire, en vue de conserver le plus possible leurs caractéristiques calculées d'inertie et de rigidité, ainsi que la valeur de leur déséquilibre résiduel, et permettrait aussi de mesurer une par une, en un point choisi au préalable, plusieurs composantes d'accélération avec un seul élément sensible piézoélectrique. Ce problème est -résolu du fait que dans un capteur paramétrique de vibrations propres aux pièces des machines en marche, dont le carter est réalisé en forme d'un corps de révolution, suivant l'invention ledit corps est réalisé sous forme deuwcône tronqué et est pourvu d'un boîtier de serrage comportant une surface intérieure conique épousant celle du carter, et une surface extérieure cylindrique filetée. Si l'élément sensible est disposé de telle façon que son axe de -sensibilité soit approximativement perpendiculaire à l'axe de rotation du boîtier, il est utile de prévoir une saillie cylindrique à rainure sur l'e.+rér^ité exteroure du carter, pour le faire tourner autour de son axe de rotation, et de pratiquer, dans le fond du boîtier de serrage fileté, une ouverture dont le diamètre est quelque peu supérieur au diamètre de la saillie, afin d'assurer un libre accès à cette dernière. Cette conception constructive du capteur permet de le monter sur les pièces tournant à une grande vitesse et ne nécessite pour cela que l'exécution -d'un trou minimal dans la pièce à controAler, et son taraudage. les caractéristiques d'équilibrage, d'inertie et de rigidité de la pièce restent inchangées lorsque le poids de la matière'prélevée à la pièce est égal au poids du capteur que l'on installe, et on cherche à observer toujours au maximum cette égalité. La conception constructive que l'on propose assure la précision de i' orientation du capteur et sa bonne fixation qui ne fait que s'améliorer avec la croissance des forces centrifuges. le fait que l'élément sensible soit disposé dans le carter du capteur de telle façon que son axe de sensibilité soit approximativement perpendiculaire à l'axe de rotation du carter, et que l'on puisse en même temps faire tourner le carter autour de son axe de symétrie en l'orientant et-en le fixant ensuite fiablement, offre la possibilité de mesurer successivement, avec un seul élément sensible et en un seul point de la pièce rotative, divers paramètres vibratoires, par exemple les composantes d'acaccélération longitudinales et transversales (tangentielles). Ci-après; on donne la description de plusieurs modes de réalisation pratiques et non limitatifs de l'invention, avec références aux dessins sur lesquels - la figure i représente une vue schématique du capteur paramétrique de vibrations fixé sur une pièce de machine et dont l'axe de sensibilité de l'élément sensible est orienté le long de l'axe de rotation du carter (coupe longitudinale); - la figure 2 montre le. boîtier de serrage (dessin isométrique); - la figure 3 est une vue schématique dùmême capteur,l'axe de sensibilité de son élément sensible étant, dans ce cas, perpendiculaire à l'axe de rotation -du boîtier; - la figure 4, idem (vue en plan). le capteur (figure 1) de mesure des vibrations propres aux pièces de machines en marche, comprend un carter 1 en forme de corps de révolution (cône tronqué). Un boîtier de serrage amovible 2, dont la surface intérieure 3 est conique et correspond à la surface conique du carter 1 qu'elle épouse, est posé sur le carter 1. La surface extérieure 4 du boîtier de serrage 2 est cylindrique et filetée. Grâce à son filetage, le boîtier de serrage 2 est raccordé à la pièce 5 à contrôler, dans laquelle on a ménagé un trou 6 taraudé au préalable. Le carter 1 renferme l'élément sensible-7, dont l'axe de sensibilité est orienté le long de l'axe de rotation du carter 1 et qui est équipé d'un câble blindé 8 de prise de courant. le carter 1 possède une saillie cylindrique 9 sur laquel-le est fixé un contre-écrou 10. le boîtier de serrage 2-amovible (figure 2) est constitué par un corps de forme cylindrique à surface intérieure conique 3 et à surface extérieure cylindrique 4 filetée. le long de la génératrice du boîtier de serrage 2 sont ménagées, de part en part, plusieursquatre en 1 'occurrence-rainures Il 1 ? longitudinales. Dans le fond du boîtier de serrage 2 sont pratiqués des trous borgnes 12 permettant son vissage au moyen d'une clef, et une ouverture centrale 13, dont le-diamètre dépasse légèrement celui de la saillie 9. La figure 3 montre une autre version du même capteur qui se distingue de la version représentée sur la figure I par le fait que son élément sensible 7 est incorporé à l'intérieur du carter 1, de telle sorte que son axe de sensibilité soit dirigé à peu près perpendiculairement à l'axe de rotation du carter 1. La saillie éylindrique-9 du carter 1 qui passe à travers l'ouverture 13 du boîtier de serrage 2 est pourvue d'une rainure 14 servant à faire tourner le carter 1 autour de son axe de rota- tion. -îa figure 4 représente une vue en plan du capteur et de la pièce à contrôler 5 qu'on voit sur figure 3. Sur cette figure est représentée une rainure 14 qui est réalisée de façon à recevoir un tournevis. Dans le capteur qu'on a décrit, le rôle d'élément sensible 7 peut être joué par les éléments sensibles piézo-électriques, tensométriques et à diaphragme, par les capteurs de pression à tourmaline. Beur organisation est suffisamment bien décrite, par exemple, dans les ouvrages indiqués ci-dessous 1. "Bolshaia Sovetskaia entsiklopedia" t. 13, p.396, "Datchiki vtoroy gruppy". 2. Raevsky N. P. "Datchiki mekhanicheskikh parametrov mashin" izd. Akademii Nauk, Moskva 1959,-p. 18, 19. le choix du type d'élément sensible se faiten fonction du type de paramètre vibratoire à contrôler. Le carter 1 du capteur permet d'introduire l'élément sensible 7 de telle sorte que l'axe de sensibilité de l'élément 7 soit dirigé dans le sens radial (figure 1), longitudinal et tangentiel (figure 3) par rapport à l'axe de rotation de la pièce rotative 5 pourvue du trou 6 qui sert à recevoir le boitier de serrage 2. L'installation, l'orientation et la fixation du capteur sont exécutées de la manière suivante. On engage le carter 1 du capteur, renfermant l'élément sensible 7, disposé tangentiellement ou radialement, da dans le trou 6 taraudé pratiqué au préalable dans la pièce 5. A l'aide de la clef, le boîtier de serrage 2 est vissé dans le trou 6 taraudé pratiqué dans la pièce 5. Au cas où l'élément sensible 7 est disposé tangentiellement (figure 3), on tourne et en mêmet emps on oriente le carter 1 du capteur par rapport à l'axe de rotation de la pièce 5. On finit par mettre le contreécrou 10. Pour procéder auxmesures successives des composantes longitudinales et transversales (tangentielles) du paramètre à contrôler, en un seul point de la pièce tournant à une grande vitesse , à l'aide du capteur tangentiel, il faut desserrer légèrement le boîtier de serrage 2 en se servant d'une clef et, avec un tournevis introduit dans la rainure 14, faire tourner le carter 1 du capteur d'un angle imposé et refaire ensuite les opérations de fixation décrites plus haut. Dans le but de mesurer les composantes radiales du paramètre à contrôler, il est nécessaire d'employer le capteur représenté sur la figure 1. Afin de-mesurer les composantes longitudinales et tangentielles, il convient de se servir du capteur représenté sur la figure 3. Il est à noter qu'en fonction de la nature de l'élément sensible que l'on utilise dans-le capteur à un seul élément constitutif réalisé conformément à l'invention, le capteur décrit permet une mesure dirigée, en un seul point de la pièce tournant à une grande vitesse, de diverses valeurs physiques et de leurs paramètres : accélération, impédance, pression, etc. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalénts techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E Y E N D I C A T I O N S 1. Capteur paramétrique de vibrations propres aux pièces des machines en marche, du type dont le carter- est en forme de corps de révolution et renferme un élément sensible, caractérisé en ce que ledit carter est réalisé sous forme d'un cône tronqué et pourvu d'un boîtier de sérrage amovible comportant une surface intérieure conjuguée à celle du carter, et une surface extérieure cylindrique filetée. 2. Capteur conforme à-la revendication 1, dont le carter renferme un elément~eensible qui est disposé de telle façon que son axe de-sensibilité soit approximativement perpendiculaire à l'axe de rotation dudit carter, caractérisé en ce que la surface frontale extérieure du carter est dotée d'une saillie cylindrique à rainure pour faire tourner le carter autour de son axe de rotation, et en ce que dans le fond du boîtier de serrage est pratiquée une ouverture dont lepiamètre est quelque peu supérieur au diamètre de la saillie, afin d'assurer un libre accès à ladite saillie à rainure.-