Brevet FR2538741A1 — publié le 19840706

La présente invention concerne d'une façon générale les clés dynamométriques et elle est plus particulièrement relative à une clé dynamométrique à extensomètres électriques perfectionnée. On connait déjà dans la technique de nombreux types de clés dynamométriques dont la plupart fonctionnent sur des principes mécaniques. On connaît par ailleurs des clés dynamométriques fonctionnant sur un principe électrique et notamment celle décrite dans US-A- 4.006.629 qui décrit une clé dy namométrique à extensomètres électriques. La clé décrite dans ce document utilise un barreau élastique dont une extrémité est solidaire d'une tête d'entraînement et dont l'autre extrémité est solidaire d'un bras de commande. L'indication du couple exerce cgest-à-dire la flexion du barreau est fournie par la mesure, prise en deux points espacés sur ledit barreau, de la flexion de ce dernier, cette flexion étant mesurée au moyen de deux paires d'extensomètres qui sont intercalés dans un circuit en pont de Wheatstone dont la sortie est appliquée à un dispositif d'affichage-.La sensibilité de chacun des extensomètres est en proportion inverse de sa distance par rapport à l'axe de la tête d'entraînement et, pour compenser les effetsdesvariationsdetempérature, ces extensometres sont montés par paires. Dans une telle clé, la tête d'entraînement étant solidaire du barreau élastique, la distance entre l'axe de rotation de la tête et chacune des deux paires d'extensomètres est fixe. En conséquence, pour pouvoir être utilisée sur des organes à serrer de dimensions différentes, la tête d'entraînement de cette clé est une tête à cliquet comportant un carré conducteur sur lequel peuvent être adaptées des douilles de différentes dimensions. L'agencement du barreau et des-extensomètres ne convient donc que pour une seule position de la tête d'entraînement et ne permet aucun réglage d'adaptation si l'on veut monter à la place de la tête à cliquet une autre tête de forme et de longueur différentes, En conséquence, la clé dynamométrique décrite dans ce document implique l'utilisation de quatre extensomètres de caractéristiques différentes, ce qui complique la fabrication , est coûteux et présente en outre des limitations en ce qui concerne son utilisation. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en réalisant une clé dynamométrique à extensomètres électriques de construction simple et peu coûteuse, mesurant et affichant la mesure exacte du couple exercé autour de l'axe de la pièce à serrer, quel que soit la position de la main de l'operateur sur le manche de la clé et quel que soit le couple qu'il peut éventuellement exercer lui-même sur la poignée de la clé. L'invention a également pour but de réaliser une clé dynamométrique du type ci-dessus, dans laquelle la tête d'entraînement peut être remplacée par une autre tête de forme et de longueur différentes en conservant l'exactitude des mesures obtenues, au moyen d'un réglage simple déterminé en fonction de la longueur de la tete d'entraînement utilisée. L'invention a pour objet à cet effet une clé dynamométrique électrique du type comprenant un barreau élastique relié à la tête d'entraînement, portant des extensomètres situés à des distances différentes de l'axe de rotation de la tête et reliés à un circuit en pont de Wheatstone, caractérisée en ce que ledit barreau est articulé sur un manche au moyen de deux axes parallè lesàl'axe de I'axe de rotation de la tête le premier de ces axes étant espacé dudit axe de rotation d'une distance a, le second axe étant espacé du premier d 'une distance b,au moins deux extensomètres solidaires du barreau ayant des carac téristiques identiques étant disposés l'un entre le premier axe d'articulation et ledit axe de rotation a une distance x de ce dernier, et le second extensomètre étant disposé entre ledit premier et ledit second axes d'articulation à une distance I de ce dernier, de telle sorte que x y Suivant une autre caractéristique de l'invention ledit barreau comporte à son extrémité opposée audit manche des moyens adaptés pour recevoir de façon amovible des têtes d'entraînement de forme et de longueurs différentes. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, l'un au moins desdits axes d'articulation est réglable par rapport l'autre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels - la Fig. 1 est une vue en perspective d'une clé dynamométrique suivant l'invention portant une tete du type classique; - les Fig. 2, 3 et 4 montrent trois autres têtes de différentes formes et longueurs pouvant être utilisées avec la clé représentée à la Fig. 1; - la Fig. 5 est une vue schématique partielle en coupe d'une clé suivant l'invention; - la Fig; 6 est une vue analogue à celle de la Fig. 5 montrant la même clé pourvue d'une tête de lontueur différente et réglée pour l'utilisation de cette tête; - la Fig. 7 est un schéma expliquant le principe de fonctionnement de la clé dynamométrique suivant l'invention; -.la Fig. 8 est le schéma du circuit en pont de Wheatstone utilisé suivant l'invention. En se référant aux dessins, la clé désignée dans son ensemble par la référence 1 comporte un manche constitué par un tube cylindrique creux 2 dans lequel est disposé avec jeu un barreau élastique 3 ayant en section une forme rectangulaire de dimensions constantes sur toute sa longueur. A son extrémité faisant saillie du tube 2, le barreau élastique 3 comporte un logement 4 dans lequel est disposée amovible une tête d'entraînement 5. Le barreau élastique 3 est articulé par rapport au tube 2 au moyen de deux-axes amovibles 6, 7 qui s'étendent à travers le tube 2 et le barreau 3 dans des trous 8 et 9 de ce dernier (Fig. 5 et 7). Les axes 6, 7 sont parallèles à l'axe de rotation 0 de la tête 5. En se reportant aux Fig. 5 et 6, des cales d'épaisseur 10, 11 sont disposées entre le barreau 3 et la surface intérieure du tube extérieur 2 afin de maintenir le barreau 3 à l'intérieur du tube. Une garniture élastique 12 est disposée autour du barreau 3, dans l'ouverture du tube 2. En se référant à la Fig. 7, un premier axe d'articulation 6 représenté schématiquement est espacé de l'axe de rotation 0 de la tête 5 d'une distance a et le second axe d'articulation 7 représenté schématiquement est espacé du premier axe d'articulation 6 d'une distance b. Une mince plaque isolante allongéel3portant à chacune de ses extrémités un extensomètre 14, 15 formé et câblé directement sur elle est fixée rigidement sur une paroi latérale du barreau 3, dans un plan parallèle à celui contenant les axes d'articulation 6, 7 et l'axe d'articulation 0 de la tête d'entraînement 5 , an sorte qu'elle subit les déformations du barreau. La plaquette 13 portant les extensomètres est fixee sur le barreau 3 de telle manière que, comme représenté à la Fig. 7, le premier extensomètre~l4 soit situé entre le premier axe d'articulation 6 et l'axe de rotation 0 de la tête 5 à une distance x de cet axe, le second extensomètre 15-étant situé entre le premier axe d'articulation 6 et le second axe d'articulation 7 à une distance y de ce dernier. L'agencement étant tel a b que x = y -- Les deux extensomètres 14, 15 ont des caractéristiques identiques de résistance et de sensibilité aux déformations èt à la température. Les deux extensomètres 14 et 15 sont reliés dans un-circuit en pont de Wheatstone tel que représenté à la Fig. 8. Ce circuit comporte une source de tension 16 et deux résistances d'équilibrage 17, 18 dont la jonction est reliée à une entrée d'un amplificateur 19 à gain réglable tandis que la jonction des extensomètres 14 et 15 est reliée à la seconde entrée de cet amplifiteur. Suivant l'exemple représenté, la sortie de l'amplificateur 19 est reliée par un conducteur 20 à un dispositif de mesure ou d'affichage 21. On décrira maintenant le fonctionnement de la clé suivant l'invention en se référant plus particulièrement à la Fig. 7. La tête d'entraînement d'axede rotation O est soumise à un couple Co et à l'effort F en réaction sur elle du couple et de l'effort qu'elle exerce sur la pièce à serrer. Il en résulte, aux points X et A, d'abscisses x et a par rapport au point 0, correspondant- respective- ment aux emplacements de l'extensomètre 14et de l'axe 6, des couples Cx=Co FRxg et R=CO - F.a, respectivement Le couple q- F.a ainsi créé au point A, crée au niveau de l'axe 9 une force Co - F.a b Cette force, à son tour crée en Y un couple Cy = (CO - F.a) Y b En rapprochant ces équations, on trouve 1 Co = y(a-x) (a.y.Cx - b.x.cy) et si : a = b x y cette relation se simplifie Co = a (Cx - Cy) qui signifie que, sous la condition que la proportion a = b soit respectée, le couple exercé en O se déduit de x y la différence Cx - Cy des couples respectivement mesurés a en X et Y par une multiplication par un facteur a-x . I1 en découle que sous la condition indiquée a = b , les sections et l'élasticité du barreau étant iden- x y tiques en X et Y, le couple exercé en 0 est proportionnel à la différence des allongements (ou compressions)en X et Y. I1 devient donc possible d'utiliser deux extensomètres identiques de même sensibilité. Le signal de sortie du circuit en pont de la Fig. 8 est donc proportionnel au couple CO. Si l'on désire remplacer la tête 5 par une tête telle que 23, 25 ou 26 ayant une longueur différente, par exemple supérieure à celle de la tête 5, et ayant un axe de rotation 1' l'abscisse de ce nouvel axe de rotation est espacée de l'axe de la tête 5 d'une longueur supplémentaire e de telle sorte que pour conserver la proportionnalité de la tension de sortie du circuit en pont par rapport au couple C, il sera nécessaire de déplacer au moins l'un des axes d'articulation 6, 7, par exemple l'axe 7, en le reportant dans un autre trou 24 d'abscisse b + d tel que : b + d = a + e, y + d x + e Suivant l'exemple représenté, a et b étant égaux ainsi que x et y, on a donc d = e. Pour retrouver non seulement une lecture proportionnelle, mais également une valeur exacte du couple C appliqué, il est nécessaire de régler le gain de l'amplification au moyen de l'amplificateur variable 19 du circuit représenté la Fig. 8. En se référant à la démonstration ci-dessus, on voit que le gain doit être modifié dans le rapport a+e a On comprend que grâce au montage avec jeu du barreau 3 dans le tube extérieur 2 dans lequel il est maintenu par les entretoises 10 et 11, les axes 6 et 7 agissant comme des axes d'articulation, quel que soit l'effort exercé par la main de l'utilisateur et le point d'application de cet effort sur émanche de la clé, les variations mesurées par les extensomètres 14 et 15 combinées dans le circuit en pont donneront toujours une valeur exacte du couple exercé sur la pièce à serrer. On comprend également que ce mode de mon tage permet de prévoir l'utilisation au moyen de la clé suivant l'invention de différentes têtes d'entratne- ment adaptées pour être ajustées dans le logement 4, ces têtes pouvant avoir des longueurs différentes et le tube extérieur 2 et le barreau 3 pouvant comporter une série de trous complémentaires 24 comme représenté à la Fig. 1 pour recevoir l'axe 7, les positions des trous étant désignées par des repère correspondant aux différentes têtes pouvant êtré utilisées. De preférence, comme représenté en trait.inter- rompu en 27 à la Fig. 7, le trou du barreau dans le quel est disposé l'axe 6 présente une forme allongée dans le sens longitudinal pour éviter toute application de contraintes axiales au niveau de l'axe 6, lors de la flexion du barreau 3. Si on le désire, cet allongement ?eut être prévu dans les trous corres,paloant du tube extérieur 2. On remarquera enfin que, si on désire doubler la sensibilité de la clé, on peut également monter une seconde plaquette 13a portant des extensomètres 14a et 15a comme représenté en trait interrompu à la Fig. 7. I1 ressort de ce qui précède que l'invention permet de réaliser de façon simple une clé dynamométrique à extensomètres électriques n'utilisant quel deux extensomètres présentant des caractéristiques identiques de résistance et de sensibilité aux déformations et à la température, simplifiant ainsi la construction et abaissant le prix de revient par rapport aux clés connues du même type, la clé suivant l'invention étant en outre susceptible de permettre l'utilisation de têtes de forme et de longueurs différentes. On comprend que dans ce cas, le boîtier 22 peut comporter des graduations correspondant aux valeurs de correction nécessaires du gain de l'amplificateur 19. REVENDICATIONS 1 - Clé dynamométrique électrique du type comprenant un barreau élastique relié àunetête d'en tralnement, portant des extensomètres disposés à des distances différentes de l'axe de rotation de la tête et reliés dans un circuit en pont de Wheatstone, caractérisée en ce que ledit barreau (3) est articulé sur un manche (2) au moyen de deux axes (6, 7) parallèles à l'axe de rotation 0 de la tête (5) ,le premier de ces axes d'articulation étant espacé dudit axe de rotation 0 d'une distance a, le second axe d'articulation (7) étant espacé du premier (6) d'une distance b, au moins deux extensomètres (14, 15) solidaires du barreau (3) ayant des caractéristiques identiques étant disposés l'un (14) entre-le premier axe d'articulation (6) et ledit axe de rotation 0 à une distance x de ce dernier et le second extensomètre (15) étant situé entre ledit premier et ledit second axes d'articulation à une dis a b tance y de ce dernier, de telle sorte que x = y 2 - Clé suivant la revendication 1, caracté- risée en ce que les extensomètres (14, 15) sont fixés sur une paroi du dit barreau élastique dans un plan paral lèle à celui contenant lesdits axes. 3 - Clé suivant la revendication 2, caracté risée en ce que le manche (2) est constitué par un tube cylindrique dans lequel le barreau (3) est monté avec jeu au moyen de cales (il0, 11). 4 - Clé suivant la revendication 3, caracté risée en ce que lesdits axes (6, 7) sont disposés dans des trous (8, 9, 24, 25) traversant ledit tube extérieur (2) et le barreau (3), l'un au moins desdits axes étant réglable en position par rapport à l'autre. 5 - Clé suivant la revendication 4, caractéri sée en ce que l'un desdits axes (6) est monté avec jeu longitudinal, soit dans le barreau (3), soit dans le tube (2). 6 - Clé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend deux autres extensomètres (14a, 15a), fixés sur la paroi opposée du barreau par rapport à la première 7 - Clé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'une extrémité dudit barreau (3), qui dépasse du tube extérieur (2), comporte des moyens (4) adaptés .pour recevoir une tête (5, 23, 25, 26) interchangeable. 8 - Clé dynamométrique électrique, du type comprenant un barreau élastique relié à la tête d'entraînement, portant des extensomètres disposés à des distances différentes de l'axe de rotation de la tête et reliés dans un circuit en pont de Wheatstone, caractérisée en ce que ledit barreau (3) est articulé avec jeu dans un tube cylindrique creux (2) au moyen d'un premier et d'un second axes (6, 7) parallèles à l'axe de rotation de la tête et délimitant sur ledit barreau deux portions adjacentes axialement aS b de mêmes longueurs, au moins deux extensometres t14, 15) (tant fixes sur une paroi dudit barreau (3), lesdits extensomètres étant disposés de part et d'autre dudit premier axe (6) et également espacés de celui-ci, le second axe (7) étant réglable par rapport au premier, et le barreau comportant des moyens (4) pour recevoir une tête amovible interchangeable. 9 - Clé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les extensomètres d'une même paroi sont formés sur une mince plaquette isolante allongée fixée rigidement sur ladite paroi du barreau.