Brevet FR2533701A1 — publié le 19840330

1: Dispositif de pilotage pour exciter un composant mécanique à sa fréquence de résonance en vue d'un essai de fatigue. L'invention concerne les essais de fatigue des composants mécaniques, notamment des composants de moteuro Ces essais de fatigue sont souvent réalisés avec des ma- chines mécaniques comportant des cames, excentriques,-bielles, manivelles et vérins travaillant à des fréquences limitées et exigeant des bâtis très rigides et lourds pour appliquer des efforts élevés. Une autre solution consiste à exciter l'élément en essai à sa fréquence propre par un excitateur ou un vérin à haute fréquence, ce qui permet de réduire les temps d'essai et les efforts mis en jeu car il suffit pour entretenir les oscilla- tions de compenser la peite d'énergie absorbée par Ies frot- tements et les amortissements internes, lesquels sont faibles dans les métaux Du fait de ce faible amortissement, le coef- ficient de surtension à la résonance est très élevé, ce qui veut dire que le dispositif d'excitation n'a besoin de fournir qu'un petit effort pour entretenir de grands déplacements correspondant à des contraintes importanteso On utilise par conséquent un excitateur commandé par un générateur dont on ajuste la fréquence sur celle de l'élément en essai. En particulier les vibrateurs électromagnétiques sont faciles à utiliser et peuvent atteindre des fréquences beau- coup plus élevées que les machines mécaniques précédentes, mais les efforts qu'ils fournissent sont très limités de sorte que si la fréquence propre de l'élément en essai varie, par exemple par suite d'échauffement, d'écrouissage, d'amorce de rupture, ou pour toute autre raison, et qu'elle diffère par conséquent de celle du générateur, l'effort demandé au vibra- teur devient vite trop important pour entretenir les ampli- tudes de déplacement et les niveaux de contrainte Il est donc nécessaire de recaler en permanence la fréquence du généra- teur sur la fréquence propre de l'élément en essai, ce qui constitue un problème qui actuellement n'est pas résolu de façon satisfaisante. 2.533701 En outre pendant l'essai d'endurance il est nécessaire de réguler le niveau électrique du signal de telle manière que l'amplitude effective des vibrations mécaniques de l'élément en essai soit maintenue à une valeur de consigne préréglée, correspondant à des déformations et à des contraintes cons- tantes et caractéristiques de l'essai d'endurance. Le but de l'invention est par conséquent de résoudre ce problème d'une manière aussi simple et aussi automatique que possible, c'est-à-dire de réaliser un générateur électrique de fréquence sinusoïdale dont la fréquence soit à tout instant égale à la fréquence propre de l'élément soumis aux essais et dont l'amplitude soit constamment régulée de telle manière que l'amplitude propre des vibrations mécaniqués de l'élément soumis aux essais soit égale à une valeur de consigne imposée. 13 L'invention consisté à utiliser un capteur de déplace- ment, qui mesure les déformations de l'élément soumis aux essais et fournit un signal électrique sinusoïdal, et à utili- ser un circuit diviseur analogique qui reçoit à son entrée de numérateur ce signal électrique, et à son entrée de dénomina- teur un signal de valeur efficace fourni par un convertisseur de valeur efficace alimenté également par le signal du cap- teur La sortie du circuit diîiseur, éventuellement filtrée et amplifiée, alimente l'excitateur électromagnétique agissant sur l'élément soumis aux essais Ce meme signal de valeur efficace peut 9 tre utilisê pour la régulation du niveau du signal alimentant l'excitateur. D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé sur lequel: + 30 la figure 1 représente la schéma d'asservissement en fré- quence; et la figure 2 le schéma complet avec asservissement en amplitude. Sur les figures, on a désigné par 1 l'élément soumis aux essais, par 2 et 3 les armatures du dispositif d'essai et par 4 le capteur de déplacement monté entre ces mêmes armatures. 25337-01 3- Ce capteur de déplacement 4 est du type sans contact car les déformations de flexion ne sont pas de forme linéaire. Ce capteur engendre par conséquent un signal électrique sinusoïdal d'amplitude proportionnelle à la déformation maxi- mum et qui peut s'exprimer par Y 1 = a sin J t Un convertisseur valeur efficace courant continu 5 est utilisé en sortie du-capteur 4 pour fournir une tension conti- nue proportionnelle à l'amplitude du déplacement, cette valeur efficace étant en principe égale à a/\'f. Cette tension est envoyée par 6 au dénominateur d'un circuit diviseur analogique 7 dont le numérateur reçoit par 8- le signal y, du capteur. Le signal de sortie en 9 de ce circuit diviseur 7 peut donc s'exprimer par a in W t y 2 = a \in2 u 2 sin CO t qui est donc une sinusoïde d'amplitude constante 2 et de fréquence 21 qui est la fréquence propre de 1) élément 1 soumis aux essais. Ce signal Y 2 sortant en 9, passe par un filtre passe-bas dont les r&les sont, d'une part d'éliminer les parasites à haute fréquence du circuit et les ondulations résiduelles pou- vant provenir du capteur de-déplacement à porteuse haute fré- quence, et d'autre part de déphaser le signal de sortie par rapport au signal d'entrée par la fonction de transfert du filtre afin de compenser les déphasages introduits par les différents éléments du circuit. Le signal ainsi filtré alimente par il après amplifica- tion 12 l'excitateur électromagnétique 13 qui agit sur l'arma- ture 3. Au démarrage il n'y pas de signal de capteur, c'est-à- dire que l'amplitude du signal y 1 est nulle Le circuit divi- seur analogique 7 se trouve alors dans des conditions d'indé- Lermination du type 0/0 et se sature Pour éviter cet écueil il faut un dénominateur non nul, ce que l'on obtient en super- posant à la valeur efficace une tension continue faible grâce à un dispositif 14 de décalage de zéro Il en résulte une légère perte de linéarité, mais celle-ci n'est pas gênante si la valeur ainsi ajoutée est suffisamment faible. Un condensateur 15 de l'ordre du microfarad est intercalé de préférence entre le capteur 4 et l'entrée 8 du diviseur 7 pour ne pas recevoir de composante continue au numérateur. Dans ces conditions, au démarrage, c'est-à-dire avec une valeur efficace nulle, le tiroir diviseur se comporte pour le signal du capteur comme un amplificateur à très grand gain, puisque le dénominateur est très petit Le diviseur 7 amplifie donc fortement tous les parasites d'entrée au point que ceux- ci sont alors d'un niveau suffisant à l'entrée de l'ampli de puissance 12 pour permettre une alimentation du vibrateur électromagnétique 13 et une excitation du dispositif d'essai- qui va vibrer à sa fréquence propre L'amorçage des oscilla- tions se produit donc automatiquement. En fonctionnement le filtre actif 10 est réglé de façon que l'intensité soit la plus faible possible à la sortie de l'ampli de puissance 12 pour correspondre à l'effort minimal du vibrateur correspondant à la résonance Un condensateur 16 interposé àbla sortie du filtre permet d'avoir un effort symétrique sur le vibrateur en éliminant la composante conti- nue. Pour assurer la régulation d'amplitude des oscillations de l'élément soumis à l'essai, on opère comme représenté sur la figure 2 en prélevant par 17 le signal de valeur efficace sortant du convertisseur 5 et en s'en servant pour effectuer la régulation du gain de l'amplificateur 12 ou plus simplement du niveau d'entrée en 11 dans cet amplificateur Pour cela on utilise par exemple un détecteur 18 comportant un seuil mini- mum et un seuil maximum, tous les deux définis de part et d'autre de la valeur de consigne imposée, ce détecteur agis- sant lorsque nécessaire et dans le sens voulu sur un poten- tiomètre 19 de réglage du niveau. Le dispositif selon l'invention est donc relativement simple, ne nécessite que des composants de faible énergie, et permet de s'adapter très rapidement à toute sorte d'éléments mécaniques tels que vilebrequins, chemises, bielles, fixations de volant, ou autres qui sont transformés en éléments réso- nants du fait de leur élasticité propre combinée avec les masses des armatures 2 et 3 qui leur sont fixés, ces dernières pouvant être adaptées en'masse et en forme aux types de pièces à essayer. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'essai de fatigue d'un organe mécanique par excitation de cet organe ( 1), auquel sont éventuellement adjointes des armatures massives ( 2, 3), à l'aide d'un vibra- teur électromagnétique ( 13) alimenté par un générateur, caractérisé par le fait que ledit générateur comporte un capteur de déplacement ( 4) interposé entre deux parties d'un ensemble vibrant ( 1, 2, 3) et engendrant un signal sinusoïdal; un convertisseur de valeur efficace ( 5 > transformant ce signal alternatif en un signal continu de valeur efficace; et un circuit diviseur analogique ( 7) recevant en numérateur ( 8) le signal sinusoïdal et en dénominateur ( 6) le signal de valeur efficace produit par ledit convertisseur, le signal de sortie ( 9) de ce diviseur ( 7) étant utilisé après amplification ( 12) pour actionner le vibrateur électromagnétique ( 13) agissant sur l'ensemble vibrant. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un dispositif ( 14) de décalage de-zéro est inter- posé à la sortie du convertisseur de valeur efficace ( 5) pour adjoindre une légère composante continue en l'absence de vibrations au capteur ( 4) afin d'éviter toute indétermination au diviseur analogique ( 7) et permettre l'amorçage des oscil- lations. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte un condensateur ( 15) interposé entre le capteur ( 4) et le numérateur ( 8) du circuit diviseur analogi- que ( 7) afin de supprimer toute composante continue éventu- elle. 4 Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'à la sortie ( 9) du circuit diviseur éliminer les hautes fréquences parasites et apporter un dépha- sage convenable. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'un condensateur ( 16) est interposé à la sortie du filtre passe-bas ( 10) pour éliminer toute composante continue et rendre les vibrations parfaitement symétriques. 6 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'amplitude des signaux électri- ques fournis par l'amplificateur ( 12) au vibrateur ( 13) est adaptée automatiquement pour maintenir une amplitude constante et déterminée des vibrations mécaniques de l'ensemble vibrant ( 1, 2, 3) au moyen d'une régulation ( 18, 19) utilisant comme signal d'entrée le signal de valeur efficace ( 17) sortant du convertisseur de valeur efficace ( 5). 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ladite régulatioh comprend un détecteur ( 18) à seuils mari et mini définis de part et d'autre d'une valeur de consigne prédéterminée mais réglable, ce détecteur agissant lorsque nécessaire et dans le sens de correction voulu sur un potentimètre ( 19) réglant le niveau d'entrée ( 11) du signal électrique allant du filtre passe-bas ( 10) ou de son condensa- teur de sortie ( 16) à l'amplificateur de sortie ( 12).