Brevet FR2552547A1 — publié le 19850329

L'invention a pour objet une machine servant a l'exécution d'essais de fatigue en flexion ou en torsion alternées sur des échantillons de matières diverses, principalement mais non exclusivement de matières plastiques. Cette machine est conçue pour permettre l'exécution d'essais de fatigue jusqu'à la rupture soit avec une amplitude constante de la force agissant sur les échantillons, c'est-â-dire avec le maintien d'une contrainte maximum constante imposée à la matière des échantillons, soit avec une amplitude constante du déplacement agissant sur les échantillons, c'est-à-dire avec le maintien d'une déformation constante imposée à la matière des échantillons. Une machine conforme à l'invention comprend un moyen de maintien fixe d'une partie extrême d'un échantillon à essayer, un moyen de maintien mobile de la partie extrême opposée de cet échantillon, ce moyen étant monté oscillant autour d'un premier axe, une chape réunie au moyen de maintien mobile et montée pivotante autour du même premier axe, cette chape étant reliée par un mécanisme de transmxe- sion de mouvement à un élément monté sur un plateau tournant autour d'un second axe perpendiculaire au premier axer cet élément étant excentré par rapport a ce second axe De préférencer l'élément excentré du plateau tournant est réglable en position, en sens ra Selon un mode de réalisation db l'invention, le mécanisme de transmission de mouvement est une bielle longueur variable ayant une première extrémié montée oscillante à l'intérieur de la chape autour d'un arbre perpendiculaire au premier axe et une seconde extrémité montée oscillante autour d'un arbre faisant partie de l'élément excentré et disposé dans un plan perpendiculaire au second axe. De préférence, l'élément excentré comprend un écrou immobilisé en rotation monté sur un arbre fileté radial supporté libre en rotation sur le plateau tournant. Selon un perfectionnement apporté à la machine de l'invention, l'arbre fileté radial est accouplé à un moteur, de préférence de type pas à pas, susceptible d'être commandé en rotation dans l'un ou l'autre sens pendant la rotation du plateau tournant pour permettre de régler la valeur de l'excentration de l'élément excentré. La rotation de ce moteur est commandée à partir d'un détecteur de contrainte mesurant la contrainte maximale subie par l'échantillon en cours d'essai. Dans un exemple préféré de réalisation de l'invention, le plateau tournant est supporté par un arbre creux coaxial au second axe, le moteur est fixé à l'extrémité de cet arbre éloignée du plateau et l'arbre de ce moteur s'étend à l'intérieur de cet arbre creux jusqu'à la face avant du plateau. Sur cette face avant sont supportés deux arbres parallèles l'un à l'autre espacés dans le sens longitudinal du second axe et disposés diamétralement au plateau tournant ; ces deux arbres sont reliés par deux roues dentées engrenant ensemble calées respectivement sur l'un et sur l'autre arbre ; l'arbre le plus éloigné de la face avant du plateau est pourvu d'un filetage tandis que l'arbre le plus proche du plateau est accouplé en rotation avec l'arbre du moteur, par exemple au moyen de pignons coniques. De préférence le détecteur de contrainte est constitué par un ensemble de jauges de contrainte montées en pont sur la partie extrême de l'échantillon ou sur une pièce déformable en correspondance avec ce dernier et ce pont est relié de manière connue en soi au moteur pas à pas par l'intermédiaire d'un asservissement électronique. On donnera maintenant, sans intention limitative et sans exclure aucune variante, une description dtin exemple de réalisation et de deux variantes s'y rapportant. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue générale en perspective d'un exemple de réalisation d'une machine d'essais selon l'invention avec une partie en coupe, pour des essais de flexion - la figure 2 est une vue générale, en partie schématique, en partie en coupe, de la même machine perfectionnée selon l'invention - la figure 3 est une vue partielle en coupe montrant une variante pour l'exécution d'essais de torsion. En se reportant à la figure 1, en premier lieu, on peut voir un moyen de maintien fixe 1 constitué par exemple par deux mâchoires de serrage mobiles relativement servant à tenir une partie extrême 2 d'un échantillon E dont on veut mesurer la résistance à la fatigue en flexion alternée. La partie extrême opposée 3 de l'échantillon E est tenue dans un moyen de maintien mobile 4 monté oscillant autour d'un premier axe géométrique 5. Ce moyen de maintien 4 comprend une branche 6 déportée en sens radial par rapport à l'axe 5. I1 est fixé à un arbre 7, coaxial à l'axe 5, par lequel il est raccordé à une chape 8. Sur la face latérale de la branche 6 tournée vers l'axe 5 on peut monter deux mâchoires 6A, 6B, représentées en partie seulement, qui serrent entre elles la partie extrême 3 de l'échantillon E. Les mâchoires 6A, 6B, serrées par exemple par des boulons 6C, sont disposées de telle sorte que l'axe 5 passe par la fibre neutre de l'échantillon E dans le plan des faces extrêmes frontales de ces mâchoires 6A, 6B. En regard de la chape 8 est supporté un plateau 9 monté tournant autour d'un second axe géométrique 10 perpendiculaire au premier axe 5. Ce plateau 9 a une face avant 11 tournée vers la chape 8. Sur cette face avant 11 est monté, en un point excentré en sens radial, un élément excentré 12 qui sert à établir une liaison avec la chape 8 par I'intermédiaire d'un mécanisme de transmission de mouvement désigné par la référence générale 13. Ce mécanisme de transmission 13 permet la rotation continue autour du second axe 10 dans le sens indiqué par une flèche F1 et impose à la chape 8 des oscillations en sens alternés indiquées par une flèche double F2 autour du premier axe 5. Par conséquent, l'échantillon E est soumis à des flexions alternées selon un mouvement parfaitement symétrique, sans choc, qui convient parfaitement à des essais de fatigue. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le mécanisme de transmission 13 comprend une bielle 14 ayant une première extrémité 14A montée oscillante à l'intérieur de la chape 8 autour d'un arbre 15 monté perpendiculairement au premier axe 5 au point de rencontre de ce premier axe 5 avec le second axe 10. La bielle 14 a une seconde extrémité 14B montée oscillante autour d'un arbre 16 qui est supporté par l'élément èxcentré 12 parallèlement à la face avant 11 du plateau tournant 9, cette face avant 11 étant elle-même parallèle au premier axe géométrique 5. Selon un premier perfectionnement (non représenté), l'élément excentré 12 est monté réglable en position, en sens radial, sur la face avant 11, par exemple, comme on le verra plus loin, à l'aide d'une vis disposée radialement sur laquelle est monté un écrou immobilisé en rotation et portant l'élément excentré 12, de façon que la valeur de l'excentration de ce dernier soit réglable. I1 en résulte que l'amplitude des mouvements de flexion imposés à l'échantillon E est elle-même réglable. Avec ce perfectionnement, il est nécessaire que la bielle 14 soit de longueur variable, grâce par exemple à un montage télescopique. La réalisation qui vient d'être décrite permet l'exécution d'essais de fatigue avec une amplitude constante, correspondante à la position de l'élément excentré 12, de la déformation de flexion de l'échantillon E (fig. 1) ou de torsion (fig. 3). L'exemple illustré par la figure 2 comprend de nombreux organes identiques ou très similaires à ceux de la machine de la figure 1 ; on les désignera par les mêmes références sans les décrire à nouveau et on fera ressortir les différences entre les deux réalisations. Le plateau tournant 9 est monté à une extrémité d'un arbre creux 17, coaxial au second axe 10, supporté par des paliers espacés 18, 19. Cet arbre creux 17 est entraîné en rotation par l'intermédiaire d'une roue dentée 20 ; à son extrémité opposée au plateau 9 l'arbre 17 porte un moteur pas à pas 21 dont l'arbre 22 s'etend jusqu'en avant de la face avant 11 du plateau 9 où il est pourvu d'un pignon conique 23. Sur cette même face avant 11, le plateau 9 est équipe de deux arbres diamétraux parallèles l'un à l'autre 24, 25, espacés en sens longitudinal du second axe 10. L'arbre 24, plus proche du plateau 9, porte un pignon denté 26 qui engrène avec le pignon conique 23 de l'arbre 22 du moteur pas à pas 21 ; il porte aussi un pignon denté 27 qui engrène avec une roue dentée 28 calée sur l'arbre diamétral 25 plus éloigné du plateau 9. Cet arbre diamétral 25 a sur une moitié au moins de sa longueur un filetage 25A sur lequel est monté un écrou 25B qui est immobilisé en rotation dans l'élément excentré 12. Ce dernier est conformé à la façon d'un joint universel avec un logement 29 contenant une noix sphérique 29A dans laquelle est engagée avec une possibilité de coulissement télescopique l'extrémité 14A de la bielle 14.Par conséquent, tout mouvement de rotation de l'arbre 22 du moteur 21 se traduit par une rotation de l'arbre fileté 25 et par le déplacement en sens radial de l'élément excentré 12 dont la position est réglable pendant la marche de la machine. Le moyen de maintien fixe 1 de l'extrémité 2 de l'échantillon E est supporté par une extrémité d'une lame mince et souple 30 qui est tenue fermement dans un encastrement 31 par son autre extrémité. A cette lame 30 sont fixées des jauges de contrainte 32 montées en pont et raccordées de façon connue à un appareil de mesure 33. Les signaux de ce dernier sont fournis à un comparateur 34 dans lequel on peut introduire par une entrée 35 une valeur de consigne. La sortie du comparateur 34 est reliée à un générateur de tension 36 qui alimente le moteur pas à pas 21 à l'aide de bagues et de frotteurs d'alimentation. La lame souple 30 est déformée jusqu'à une valeur maximum par la force maximum qui lui est appliquée par l'intermédiaire de l'échantillon E. On peut maintenir constante cette valeur à laquelle correspond une contrainte constante dans l'échantillon E, pendant toute la durée d'un essai par suite de l'asservissement réalisé entre les jauges de contrainte 32 et la position d'excentration de l'élément excentré 12. On peut aussi donner à tout moment d'un essai une valeur quelconque souhaitée à la déformation de la lame souple 30, donc à la force transmise par l'échantillon E et par conséquent à la contrainte subie par ce dernier. La lame souple 30 munie de ses jauges de contrainte 32 est facilement remplaçable par d'autres lames de rigidités diverses, en fonction des échantillons de matière soumis aux essais. Des détecteurs de contrainte autres que des jauges 32 pourraient être employés dans une variante de réalisation de l'invention. En outre, il serait possible aussi, bien que peu économique, de fixer les jauges de contraintes 32 directement sur la partie extrême 2 de l'échantillon E qui est tenu dans le moyen. de maintien fixe 1. Pour l'exécution d'essais de torsion, on fixe à l'arbre 7 (figure 3) un moyen de maintien approprié, par exemple un mandrin classique 4' à mors de serrage concentriques pour un échantillon E cylindrique. Ce dernier est monté coaxialement à l'axe 5, il est tenu par une extrémité dans le mandrin 4' et son extrémité opposée est tenue dans un autre mandrin analogue 37 immobilisé en rotation. Les jauges de contrainte peuvent être fixées directement sur l'échantillon E ou sur une pièce souple en torsion, analogue à la lame 30 de la figure 2, que l'on interpose entre le mandrin fixe 37 et l'échantillon E. Cette pièce souple (non représentée) est tenue dans le mandrin fixe 37 par une extrémité et accouplée en rotation avec l'echantil- lon E par son autre extrémité. Bien que cette machine soit conçue spécialement pour des essais de fatigue, en flexion ou en torsion alternée, on ne sortirait pas du cadre de l'invention en l'utilisant pour des essais statiques, en flexion ou en torsion, exécutés par un déplacement continu de l'arbre 7. REVENDICATIONS 1. Machine pour essais de fatigue en flexion ou en torsion alternées d'un échantillon (E) de matière caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen de maintien fixe (1, 37) d'une première partie extrême (2) de cet échantillon, un moyen de maintien mobile (4, 4') de la partie extrême opposée (3) du même échantillon, ce moyen de maintien mobile (4, 4') étant monté oscillant autour d'un premier axe (5) et réuni à une chape (8) pivotante autour de ce même premier axe (5), un mécanisme de transmission de mouvement (13) reliant cette chape (8) à un élément (12) excentré en sens radial monté sur une face (11) d'un plateau (9) entraîné en rotation autour d'un second axe (10) perpendiculaire au premier axe (5). 2. Machine selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'élément excentré (12) est réglable en position en sens radial sur le plateau tournant (9). 3. Machine selon la revendication 2 caractérisée en ce que l'élément excentré (12) comprend un écrou (25B) immobilisé en rotation et monté sur un arbre fileté radial supporté libre en rotation sur le plateau tournant (9). 4. Machine selon la revendication 3 caractérisée en ce que l'arbre fileté radial (25) est accouplé en rotation à un moteur (21) susceptible d'être commandé en rotation dans l'un ou l'autre sens pendant la rotation du plateau tournant (9) pour permettre le réglage en position de l'élément excentré (12). 5. Machine selon la revendication 4 caractérisée en ce que le moteur (21) est asservi électroniquement pour son fonctionnement à un détecteur de contrainte mesurant la contrainte maximale subie par l'échantillon en cours d'essai. 6. Machine selon la revendication 5 caractérisée en ce que le détecteur de contrainte est constitué par des jauges de contraintes (32) montées en pont et fixées à l'échantillon (E) en cours dressai ou à une pièce souple (30) déformée en correspondance avec ce dernier. 7. Machine selon la revendication 6 caractérisée en ce que le moyen de maintien fixe (1) de l'échantillon (E) est fixé à une extrémité d'une pièce souple (30) tenue dans un encastrement (31) par son extrémité opposée et les jauges de contrainte (32) sont fixées à cette pièce souple (30). 8. Machine selon la revendication 5 caractérisée en ce que le plateau tournant (9) est fixé à une extrémité d'un arbre creux (17) coaxial au second axe (10) et portant à son extrémité opposée un moteur (21) dont l'arbre (22) s'étend à l'intérieur de cet arbre creux (17) jusqu'à la face avant (11) du plateau tournant (9), ce dernier étant équipé de deux arbres diamétraux (24, 25) espacés dans le sens axial de l'arbre creux (17), ces arbres (24, 25) étant accouplés en rotation ensemble et avec l'arbre (22) du moteur (21), l'arbre le plus éloigné du plateau tournant (9) étant l'arbre fileté (25) sur lequel est monté l'écrou (25 immobilisé en rotation dans l'élément excentré (12). 9. Machine selon la revendication 8 caractérisée en ce que le mécanisme de transmission de mouvement (13) comprend une bielle (14) à longueur variable ayant une première extrémité (14A) montée oscillante autour d'un arbre (15) contenu dans la chape (8) et disposé perpendiculairement au premier axe (5) et une seconde extrémité (14B) accouplée à l'élément excentré (12) à l'aide d'un joint universel à noix sphérique (29). 10. Machine selon la revendication 5 caractérisée en ce que le détecteur de contrainte (32) est raccordé à un appareil de mesure (33) dont la sortie est reliée à un comparateur (34) comprenant une entrée (35) d'introduction d'une valeur de consigne, la sortie de ce comparateur étant reliée à un générateur de tension (36) qui alimente le moteur (21) de type pas à pas pour le réglage en position de l'élément excentré (12).