Brevet FR2408126A1 — publié le 19790601

L'invention concerne un dispositif de mesure des efforts exercés radialement par les éléments mécaniques annulaires et élastiques, en particulier par les joints radiaux pour arbres tournants, équipés de deux mâchoires de mesure amovibles à extrémité libre en forme de tronc de cône, chaque mSchoire de mesure étant monté sur un bras, l'écartement des deux bras pouvant varier du fait d'un mouvement rotatif d'un bras par rapport à l'autre et un appareil de mesure daptant le déplacement relatif dépendant de l'effort à mesurer étant associé aux bras précités. Un dispositif de mesure du type défini plus haut est prévu par le brevet DT-PS 1 573 500. Sur le dispositif de mesure connu, l'une des mâchoires de mesure est fixe et l'autre raccordée à un bras capable de déformation élastique et pouvant être serré de façon variable dans sa longueur. Lors du montage sur les deux mâchoires de mesure de l'élément mécanique dont l'effort radial est à mesurer (un joint radial pour arbre tournant par exemple), la m choire fixée au bras élastique exécute un certain déplacement en direction de la mâchoire fixe. Ce déplacement est, sur le dispositif de mesure connu, détecté au comparateur mécanique à cadran, et converti, en utilisant des courbes d'étalonnage appropriées, en une force qui est la force radiale recherchée. Un inconvénient important du dispositif de mesure connu est que la méthode mécanique de mesure de la diminution de l'écart entre les mâchoires de mesure nécessite des déplacements relatifs importants. Le déplacement effectué par la mâchoire de mesure mobile après la mise en place de l'élément mécanique à tester doit donc être relativement grand, d'autant plus que le comparateur n'intervient pas au point où la déformation élastique est la plus grande, mais très en-dessous des mâchoires de mesure, donc en un point où la déformation élastique du bras de mesure concerné est plus petite que sur la machoire elle-même. Pour réaliser les courses de mesure nécessaire, le bras à déformation élastique présente sur le dispositif connu, une longueur relativement grande pour son point de serrage. La longueur des courses de mesure que nécessite le dispositif connu n'est pas sans fausser les résultats de façon importante. Ainsi, lorsqu'un trop grand rapprochement des mâchoires (donc une trop grande diminution de diamètre) résulte de la mise en place de l'élément mécanique à tester, on ne peut plus partir de l'hypothèse que les conditions dans lesquelles s'exerce l'effort radial sont les mêmes que dans la pratique, c'est-à-dire que lorsque l'élément mécanique, un joint radial pour arbre tournant par exemple, est monté sur un abbre de diamètre invariable. Pour appliquer avec le plus de précision possible au dispositif de mesure les conditions régnant dans la pratique et parvenir à des résultats non faussés, il faut s'efforcer d'obtenir les courses de mesure les plus réduites possibles aux mâchoires du dispositif de mesure. Cette condition n'est pas remplie par le dispositif connu conforme au brevet DT-PS 1 573 500. Un autre inconvénient présenté par le dispositif de mesure connu est que le bras de mesure élastique est monté de façon amovible sur le bras fixe. I1 n'est donc pas exclu que se produisent des déplacements relatifs néfastes dans la zone d'assemblage durant l'opération de mesure, déplacements faussant le résultat des mesures. La même chose vaut pour un desserrage fortuit suivi d'un nouveau serrage du bras de mesure capable de déformation élastique ; dans un tel cas, un nouvel étalonnage du dispositif de mesure serait rendu nécessaire, car ce desserrage suivi d'un serrage pourrait occasionner des irrégularités compromettant déjà le résultat des mesures. L'objet de l'invention est la construction d'un dispositif de mesure du type cité au début et qui permette, pour des courses de mesure minimales et des conditions de mesure simulant au plus près possible les conditions pratiques, de procéder avec le plus de précision possible à la mesure des efforts radiaux prenant naissance sur les éliment mécaniques concernés. L'idée fondamentale retenue par l'invention pour résoudre ce problème est que les deux bras fassent partie d'un étrier de mesure monobloc servant de capteur de mesure et que soient prévus pour la mesure des déplacements relatifs entre les deux bras de bilames permettant de mesurer la déformation. La conception monobloc du capteur de mesure conforme à l'invention permet de donner à celui-ci une forme courte et compacte, les conditions concernant la réduction des courses de déformation élastique et partant la rigidité relative de l'étrier de mesure demeurant réalisables de façon simple. Gracie à l'exécu- tion en une seule pièce de l'étrier de mesure, tout glissement indésirable l'une vers l'autre des pièces à mobilité relative est évité. Ainsi se trouvent remplies les conditions d'exécution de mesures correctes et plus précises des efforts radiaux sur les éléments mécaniques concernés, en particulier sur les joints radiaux pour arbres tournants. La deuxième caractéristique essentielle de l'invention, à savoir l'utilisation de bilames, permet de convertir en efforts correspondants mesurables des courses de mesure très réduites. La grande sensibilité des bilames, même pour des variations de longueur minimes de l'objet à tester, est à cet égard déterminante. L'"astuce consiste, dans la présente invention, à ne pas mesurer directement la réduction de l'intervalle des deux bras de l'étrier de mesure après mise en place de l'élément mécanique à tester, mais à opérer une mesure indirecte, c'est-à-dire celle de la flexion imperceptible du bras d'étrier concerné, bras sur lequel est fixé le bilame. Une forme d'exécution avantageuse de l'invention se caractérise par le fait que le premier bras présente une section relativement grosse et le second bras une section, au contraire, relativement petite, de sorte que le second bras est capable d'un déplacement par déformation élastique par rapport au premier et que les éléments du bilame sont disposés sur le second bras et dans le sens longitudinal de celui-ci. Sur cette forme d'exécution, le second bras de l'étrier, dont la section est la plus réduite, est pratiquement le seul à exécuter un déplacement par élasticité0 L'autre bras de l'étrier demeure au contraire, pratiquement fixe. Une autre forme d'exécution se caractérise par le fait que l'étrier de mesure est à symétrie axiale et est équipée de deux bras de mesure de même section capables de déformation élastique et qutà ces deux bras de mesure, sont adaptés, dans le sens de la longueur des bras, des bilames. Sur cet exemple d'exécution, les bras de l'étrier de mesure sont tous les deux soumis à une déformation élastique, d'où lors de la mesure de l'effort radial, une exploration simultanée des deux moitiés de l'élément mécanique annulaire. Du fait de la forme symétrique de l'étrier de mesure, on parvient à des mesures encore plus précises qu'avec les dispositifs de mesure sur lesquels un seul bras est capable de déformation élastique. D'autres particularités et avantages de l'invention sont présentés dans les revendications ainsi que dans la description qui suit, laquelle se rapporte à des exemples d'exécution illus trés par des figures. Celles-ci représentent Figure la une forme d'exécution du dispositif de mesure conforme à l'invention, en coupe verticale dans le plan I-I de la figure 2. Figure 2, une vue de-dessous de la forme d'exécution de la figure 1. Figure 3, une vue partielle (bague de réglage en coupe partielle) de la forme d'exécution des figures 1 et 2 vue dans le sens de la flèche A (figure 2) Figure 4, une autre forme d'exécution d'un étrier de mesure ser vant de capteur de mesure, en coupe verticale correspon dant à la figure 1. Figure 5, l'étrier de mesure de la figure 4 en vue de-dessus. Comme le montrent les figures de 1 à 3, l'élément support de la partie mécanique de l'instrument de mesure est en corps en forme de récipient 10 présentant un décrochement radial intérieur 11 à évidement central 12. L'évidement central 12 est prévu pour recevoir un étrier de mesure servant de capteur de mesure repéré 13 dans son ensemble sur la figure 1. Pour son adaptation dans l'évidement central précité, le capteur de mesure 13 présente un socle en forme de tenon 14 pénétrant dans cet évidement et prenant appui par un épaulement 15 sur le décrochement Il du corps en forme de récipient 10. Le blocage du capteur de mesure 13 sur la position où il est représenté figure 1, se fait par une goupille excentrique 16 pouvant pivoter, dans le perçage horizontal 17 du corps 10 où elle est logée, autour d'un axe 18.La goupille excentrique 16 fait saillie dans un fraisage à profil courbe 19 du socle 14 du capteur 13, le rayon de courbure du fraisage 19 étant choisi de telle sorte qu'il y ait coincement par adhérence dans la zone de contact avec la goupille excentrique 16. Sur la forme d'exécution de la figure 1, le capteur de mesure 13 présente deux bras 20, 21 de section différente. La section du premier bras 20 dépasse suffisamment celui du second bras 21 pour qu'à charge égale des deux bras, le second 21, qui est le plus faible, exécute un mouvement de déformation élastique, alors qu'au contraire, le bras le plus fort 20 demeure pratique ment fixe sur sa position initiale. Comme le montre la figure 5, les deux bras 20, 21 du capteur de mesure 13 s'élargissent chacun à leur extrémité supérieure en un profil en demi-cercle. Ils présentent dans cette zone des perçages taraudés verticaux 22, 23 servant à la fixation par des vis 26 des machoires de mesure 24, 25.D'autres perçages 27 prévus à l'extrémité supérieure des bras 20, 21 assurant, en liaison avec des clavettes appropriées (non représentées), la portée correcte des mâchoires 24, 25 sur les bras de mesure 20, 21. Alors que, comme le montre la figure 1, les m choires 24, 25 présentent la même section au niveau des portées 27, 28 venant en contact avec les bras 20,21, le diamètre global D de l'ensemble des deux mâchoires de mesure 24,25 est adapté au diamètre de l'élément annulaire à mesurer. Sur la figure 1, cet élément annulaire est un joint radial pour arbre tournant 29 qui vient par sa lèvre d'étanchéité 30 au contact du pourtour extérieur des mâchoires de mesure 24,25.La lèvre d'étanchéité 30 exerce un effort radialement dirigé sur les mâchoires 24,25, effet qui est à mesurer par l'appareil présentés Du fait de cet effort radial appliqué par la lèvre d'étanchéité 30 sur les machoires 24,25, il se produit un déplacement des deux mâchoires l'une par rapport à l'autre, la mâchoire 25 fixée au bras de mesure capable de déformation élastique 21 exécutant par élasticité un trajet minimal dans le sens de la flèche 31 en direction de la mdchoire pratiquement fixe 25. Cependant, le déplacement relatif entre les deux mâchoires 24,25 est si faible que le diamètre D de l'ensemble des deux mâchoires, même après extraction du joint radial arbre tournant 29, peut encore en pratique égaler un diamètre d'arbre correspondant. Le déplacement par élasticité de la mâchoire de mesure 25 dans le sens de la flèche 31 provoque une flexion imperceptible du bras de mesure 21, le côté sollicité en traction étant repéré 32 et le côté sollicité en compression repéré 33. Comme le montre la figure 1, un bilame 34, 35 contrôle la féformation du bras de mesure 21, et ceci aussi bien côté traction 32 que c8té compression 33. Les lames 34,35 du bilame sont raccordées par un montage du type pont de Wheatstone qui par un circuit électrique 36 et des contacts à fiches 37 appropriés est mis en liaison avec une partie électronique non représentée de l'appareil de mesure conforme à l'invention.La sensibilité du bilame 34,35 est telle que même pour des flexions tout a fait minimes du bras de mesure élastique 21, se produit un déséquilibrage du pont de mesure qui, après traitement dans un appareil électronique approprié, permet l'affichage d'une valeur mesurée. Pour éviter l'endommagement ou l'encrassement du bilame 34,35, les deux bras de mesure 21,20 sont, comme le montre la figure 1, entourés d'une douille de protection 38. Dans ce qui suit, est présentée une autre caractéristique très importante de l'appareil de mesure des figures de 1 à 3. On voit sur ces figures que le corps en forme de récipient présente sur sa partie supérieure un peu en retrait un filetage 39. Sur ce filetage, vient se visser une bague de réglage globalement repérée 41 pourvue d'un taraudage correspondant. Cette bague de réglage 41 présente à sa partie supérieure une plaque support 42, fixée de façon amovible, par des vis 43 (figures 1 et 2) sur la bague de réglage 41. Suivant le diamètre de l'élément annulaire 29 à tester, différentes plaques supports 42 peuvent ainsi être sélectionnées. Le dispositif de réglage constitué par la bague de réglage 41 et la plaque-support 42 a pour fonction de faire en sorte que les deux mâchoires de mesure 24,25 subissent l'effort pressant toujours au même endroit, à savoir que la ligne périphérique repérée 44 (figure 1 > . Ce n'est qu'à cette condition qu'est possible une comparaison, au plan des efforts radiaux qu'ils exerceront les divers éléments circulaires de différents diamètres et/ou de différentes hauteurs de lèvre. La hauteur de lèvre est désignée sur la figure 1 par une flèche et repérée H 1. Elle peut être réglée par le dispositif de réglage 41, 42 sur une plage de O à 20 n. Pour obtenir le réglage le plus précis possible de la cote hl, une échelle verticale 45 graduée en millimètres est prévue sur le pourtour extérieur du corps 10 en forme de récipient. Sur son bord inférieur 46, la bague de réglage 41 présente également une échelle à vernier permettant de régler la hauteur de lèvre hl avec une précision d'au moins un centième de millimètre. Deux butées 47 et 48 prévues respectivement sur le corps 10 et sur la bague de réglage 41 limitant la hauteur maximale réglable hl. Gr ce au dispositif de réglage 41,42 décrit, un avantage essentiel est obtenu, à savoir que pour la totalité des éléments annulaires (joints d'arbres radiaux par exemple) présentent le même diamètre d'arbre, une seule et même paire de m choire de mesure (par exemple 24,25) peut être utilisée quelle que soit leur hauteur de mièvre, Il suffit de régler progressivement à la main l'appareil, par la manoeuvre d'un secteur moleté 49 (figure 3) sur la hauteur de lèvre qui convient.Par ailleurs, un avantage important de l'appareil de mesure conforme à l'invention réside dans la forme monobloc, courte et compacte de l'étrier de mesure, gracie à laquelle sont garanties des courses par élasticité minimales, donc un résultat de mesuee optimal, ainsi qu'une approche très poussée des rapports dimensionnels réels (arbre et élément circulaire, joint d'arbre par exemple). La figure 4 représente une autre forme d'exécution d'un étrier de mesure désigné globalement par 13a. Cette forme d'exécution se distingue de celle de l'étrier de mesure 13 de la figure 1 par le fait que les bras de mesure repérés 50,51 de l'étrier 13a présentent la même section0 L'étrier de mesure 13a de la figure 4 est donc (si l'on excepte le fraisage 19 qui ne sert qu'au blocage de l'étrier 13a dans le corps 10 en forme de récipient de la figure 1 > à symétrie axiale totale. Sur la forme d'exécution de la figure 4, les deux bras de mesure sont donc capables de déformation élastique, ce qui signifie que les deux mâchoires de mesure exécute l'une vers l'autre un imperceptible déplacement lors du serrage d'un élément circulaire, par exemple du joint d'arbre radial 29 représenté sur la figure 1.La course alors exécutée par élasticité par chaque mâchoire se réduit dans ces conditions, avec un dimensionnement approprié des bras de mesure 50, 51 à peu près à la moitié de celle d'une mâchoire 25 fixée au bras de mesure 21 de la forme d'exécution de la figure 1. On obtient ainsi une nouvelle amélioration des résultats du point de vue précision. La forme d'exécution de la figure 4 permet de plus, avantageusement, de saisir simultanément les deux moitiés de l'élément annulaire à tester (un joint radial d'arbre par exemple) lors de la mesure de son effort radial.A cet effet, deux bilames (52,53 et 54,55) sont fixés respectivement sur chaque bras de mesure 50 et 51, les deux éléments de chaque bilame étant eux-mêmes placés de chaque côté d'un bras0 Comme pour la forme d'exécution de la figure 1, on raccorde électriquement les éléments de chaque bilame par un montage en pont de Wheatstone. Les informations de mesure obtenues avec le dispositif de mesure représenté sur les figures de 1 à 5 sont transmises par les bilames 34,35 et de 52 à 55, en vue de leur trattement, à un appareil électronique, par l'intermédiaire du circuit 36. Cet appareil électronique peut être un amplificateur de fréquence porteuse avec un bloc d'affichage digital monté en aval. L'affichage peut s'opérer sur un écran approprié de l'appareil. Coule amplificateur de mesure, on peut utiliser par exemple une exécution de grande robustesse conçue pour les dispositifs automatiques de pesées.Cet amplificateur se calibre avec précision sur l'étrier de mesure (13 ou 13a) utilisé dans le système de mesure conforme à l'invention. Un réglage ultérieur du point zéro et de la sensibilité n'est donc pas indispensable.Entre l'amplificateur de mesure et le bloc d'affichage digital, un bloc de tarage peut être monté. Lors d'un changement éventuel des nachoires de mesure (24,25), il suffit alors d'appuyer sur un bouton pour tarer le poids différent des m choires de mesure et placer sur zéro l'affichage digital. Avec le dispositif de mesure conforme à l'invention, le réglage du point zéro nécessaire sur l'appareil connu conforme au brevet DT PS 1 573 500 est supprimé. Le temps à impartir aux mesures des efforts radiaux peut être réglé au moyen du sélecteur d'une minuterie également montée dans l'appareil électronique. Cette minuterie doit de préférence être réglable entre 1,2 et 12 secondes. Elle peut être déclenchée par la mise en place par glissement de l'élément annulaire à contrôler (un joint radial par arbre tournant par exemple) et bloque automatiquement après écoulement du temps de réglage l'affichage numérique apparaissant sur l'écran. Après enlèvement de 1élément annulaire à mesurer (29) des m choires de mesure (24,25), l'aff i- chage numérique et la minuterie reviennent automatiquement à zéro. La minuterie permet non seulement l'obtention d'un temps de mesure uniforme, mais aussi un enclenchement toujours régulier de celuici, le fonctionnement de la minuterie débutant, du fait de la sensibilité des bilames, immédiatement après la mise en place par glissement de l'élément annulaire à mesurer. Après sélection au commutateur du temps de mesure désiré, l'automatisme de temporisation lui-m8me s'enclenche par un autre commutateur. Après écoulement du temps de mesure, écoulement signalé par l'extinction d'un voyant, l'automatisme de temporisation décrit bloque l'affichage numérique et la valeur mesurée, qui est celle de l'effort radial global Pr exprimé en newtons, peut être lue sur l'écran. I1 y a lieu de ramarquer également, dans cet ordre d'idée, que l'étrier de mesure (13 et 13a) est construit de telle sorte qu'il peut supporter un effort radial maximal de 200,ON. L'affichage numérique doit avoir une précision de 0,1 N, donc indiquer 200,0 lors de la mesure d'un effort radial maximal de 200 W. Si par contre la variation de l'effort radial, exercé par exemple par un joint radial pour arbre tournant, doit se poursuivre plus longtemps, l'automatisme de temporisation est à enclencher par un autre commutateur. De cette façon, le comportement au fluage du matériau à partir duquel l'élément circulaire à tester est fabriqué est déterminé en fonction du temps de mesure. Un autre avantage essentiel du dispositif de mesure conforme à l'invention est de permettre la sélection suivant les critères bon" et "à rebuter" des éléments annulaires à tester. Il suffit que sur l'appareil électronique, soit prévu un contacteur à enclencher à cet effet. Par ailleurs, deux sélecteurs numériques de mesure peuvent être prévus permettant la présélection des valeurs limites inférieure et supérieure de tolérance entre lesquelles l'effort exercé radialement par l'élément est admissible.Ces sélecteurs numériques de mesure peuvent commander, après l'écoule- ment du temps de mesure et exactement avec l'affichage digital, trois voyants de contrôle fonctionnant d'après le code suivant Voyant supérieur (rouge) allumé effort radial trop élevé Voyant du milieu (vert) allumé effort radial acceptable Voyant inférieur (rouge) allumé effort radial trop faible. Après enlèvement de l'élément annulaire à mesurer des mâchoires (24,25), le voyant de contrôle qui était allumé s'éteint, L'appareil de mesure d'effort radial conforme à Iinven- tion décrit ci-dessus et dans les figures peut être incorporé sans dispositions supplémentaires dans un dispositif de contrôle automatisé. Il est également possible sans dispositions supplémentaires de remplacer ou de compléter l'affichage numérique de l'écran de l'appareil électronique par un enregistrement automatique des valeurs mesurées, en utilisant un appareil d'impression approprié. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure des efforts exercés radialement par les éléments mécaniques annulaires et élastiques, en particulier par les joints radiaux pour arbres tournants, équipés de deux mâchoires de mesure amovibles à extrémité libre en forme de tronc de cône, chaque mâchoire de mesure étant monté sur un bras, l'écartement des deux bras pouvant varier du fait d'un mouvement relatif d'un bras par rapport à l'autre et un appareil de mesure captant le déplacement relatif dépendant de l'effort à mesurer étant associé aux bras précités, caractérisé par le fait que les deux bras (20,21) ou (50,51) font partie d'un étrier de mesure monobloc (13,13a) servant de capteur de mesure et que sont prévus pour la mesure des déplacements relatifs entre les deux bras des bilames permettant de mesurer la déformation (34, 35 ou 52 à 55 > . 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier bras (20) présente une section relativement grosse et le second bras (21) une section, au contraire, relativement petite, de sorte que le second bras (21) est capable d'un déplacement par déformation élastique par rapport au premier (20) et que les éléments du bilame (34,35) sont disposés sur le second bras (21) et dans le sens longitudinal de celui-ci (figure 1). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étrier de mesure (13a) est à symétrie axiale et est équipé de deux bras de mesure (50,51) de même section section capables de déformation élastique et qu'à ces deux bras de mesure, sont adaptés, dans le sens de la longueur des bras, des bilames (52,53) et (54,55) (figure 4). 4. Dispositif selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les mâchoires de mesure (24,25) présente des perçages verticaux et sont fixés sur les portées supérieures des bras de l'étrier de mesure (20,21) et (50,51) par des vis (26), de préférence à tête fraisée à six pans creux, introduites dans les perçages. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que dans les mâchoires de mesure, sont montés des goujons d'assemblage s'introduisant dans des perçages correspondant (22) des bras (20,21) ou (50,51) de l'étrier de mesure (figure 5 > .