Brevet FR2591746A1 — publié le 19870619

On connait, notamment par le document FR-A2 552 547 une machine servant à l'exécution d'essais de fatigue en flexion ou en torsion alternées sur des échantiLlons de matières diverses telLes, par exempLe, de matières plastiques ou de matériau composite. On rappellera qu'il se pratique essentielLement deux types d'essais, c'est-à-dire ceux imposant à l'échantiL- lon une contrainte maximum constante, donc un déplacement agissant sur l'échantillon variable généralement d'amplitude croissante et ceux imposant le maintien d'une déformation constante donc une amplitude de déplacement fixe. Dans la machine connue, L'une des extrémités de l'échantillon est maintenue fixe, tandis que l'autre est attelée à un moyen oscillant dont le mécanisme d'entraînement est constitué par une chape, solidaire en rotation du moyen oscillant, et reliée à un mécanisme de transmission de mouvement qui comporte une bielle montée tourillonnante dans l'axe de la chape et attelée à son autre extrémité à un élément excentré tournant autour d'un axe perpendiculaire à l'axe d'oscillation. La valeur de l'excentration peut être réglable au moyen d'un dispositif du genre vis-écrou dont la vis est radiale et l'écrou est l'élément excentré, un moteur permettant de faire tourner la vis pour déplacer l'écrou radialement. Le moteur peut être asservi à un détecteur de contrainte subie par l'échantillon. Le mécanisme mis en oeuvre dans cette machine, pour opérer la variation de l'excentration, est reLativement complexe car il est nécessairement incorporé dans un équipage rotatif, ce qui implique la construction d'un arbre de commande de la rotation de la vis interne à l'arbred'entraînement en rotation du dispositif. En outre, le nombre de pièces mises en oeuvre est important, les tolérances de fabrication et les jeux de fonctionnement devant être maintenus serrés pour limiter l'usure de ces pièces qui sont destinées à effectuer un nombre important de cycles. La présente invention entend remédier à ces inconvénients en proposant une machine de construction beaucoup plus simple, dont le réglage et, par suite, l'asservissement de ce réglage est facilité, et offrant d'autres possi bilités d'application notamment pour des essais de fatigue en flexion non alternée ou en traction et compression. A cet effet, l'invention a donc pour objet une machine pour essais de fatigue en flexion, en torsion, en traction ou en compression voire en cisaillement d'un échantillon de matière comportant un moyen coopérant avec une partie de l'echantil- lon, accouplé à un mécanisme de transmission de mouvement comportant une chape oscillante dans l'axe de laquelle est montée tourillonnante l'extrémité d'une bielle dont l'autre extrémité est animée d'un mouvement de rotation autour d'un axe sécant dudit premier axe. Selon l'une des caractéristiques importante de l'invention, ladite autre extrémité de bielle est attelée à un arbre d'entraînement tournant, au moyen d'une biellette articulée à ladite bielle et audit arbre, la distance séparant le point d'articulation de la biellette à l'arbre au point d'articulation de la bielle sur la chape étant réglable entre une première valeur correspondant à une inclinaison nulle de la bielle sur l'axe sécant susdit et une seconde valeur correspondant à une inclinaison maximale de celle-ci sur ledit axe. Alors que l'articulation des bielles et biellette entre elles est réalisée autour d'un axe perpendiculaire à l'axe sécant susdit, la biellette est articulée à l'arbre d'entraînement au moyen d'un-organe du type joint universel, si les positions relatives, de l'axe d'oscillation et de l'axe de l'arbre d'entraînement, sont quelconques. De manière préférée, l'axe de l'arbre d'entraî- nement est perpendiculaire à l'axe d'oscillation de la chape, l'articulation de la biellette à l'arbre d'entraînement étant alors réduite à un axe parallèle à l'axe d'articulation des bielle et biellette entre elles. En outre, les moyens de réglage de la distance susdite sont constitués par une glissière parallèle à l'axe de l'arbre d'entraînement sur laquelle est monté à coulissement ledit arbre, et par un dispositif d'entraînement en déplacement dudit arbre le long de ladite glissière. Avantageusement, lorsque la distance réglable susdite est à sa valeur maximale, les axes d'articulation de la bielle à la chape, de la biellette à la bielle et de la biellette à l'arbre d'entraînement ne sont pas alignés. Dans une première application de la machine selon l'invention, le moyen susdit est constitué par des machoires d'encastrement d'une extrémité de l'échantillon caléesen rotation avec la chape susdite, l'autre extrémité de cet Echan- tillon entant immobilisée par des moyens fixes. Dans une seconde application de la machine selon l'invention, le moyen susdit constitué par une bielle dont l'une des extrémités est montée tournante autour d'un excentrique oscillant calé en rotation avec la chape susdite tandis que son autre extrémité est montée à coulissement le long d'une glissière perpendiculaire à l'axe d'oscillation et coopère avec l'échantillon. Cette autre extrémité, animée d'un mouvement al- ternatif.le long de ladite glissière, peut coopérer par appui simple avec la partie médiane d'un échantillon dont les ex trémités reposent respectivement sur un appui simple fixe, pour des essais de fatigue en flexion dite trois points. Pour des essais en traction ou compression, ladite autre extrémité est pourvue de machoires d'attelage d'une extrémité de l'échantillon lequel s'étend parallèlement à ladite glissière, son autre extrémité étant maintenue fixe. L'invention sera mieux comprise au cours de la description donnée ci-après à titre d'exemple purement indicatif et non limitatif qui permettra d'en dégager les avantages et les caractéristiques secondaires. I1 sera fait référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'une réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue de détail du mécanisme de liaison de la chape oscillante à l'arbre d'entraînement, - la figure 3 est un schéma:dLufleéaîisation dél'in- vention adaptée à des essais de fatigue en flexion entre trois points, - la figue 4 est une vue partielle d'une variante de la figure 3 adaptée à des essais en traction ou compression. En se reportant tout d'abord à la figure 1, on peut voir un moyen de maintien fixe l constitué par exemple par deux machoires de serrage mobiles l'une par rapport à l'autre, servant à tenir une partie extrême 2 d'un échantil- lon 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. Il 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 ver l'axe 5 on peut monter deux machoires 6a, 6b partiellement représentées, qui serrent entre elles la partie extrême 3 de l'échantillon E. Les machoires'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'echantillon E dans le plan des faces extrêmes frontales de ces machoires 6a, 6b. L'axe 9 de la chape 8 reçoit l'extrémité lOa d'une bielle 10 de manière que celle-ci puisse tourner dans l'axe 9 autour de son axe longitudinal. La bielle 10 est perpendiculaire à l'axe 9. L'autre extrémité lOb de la bielle 10 est articulée à l'extrémité d'une biellette il autour d'un pivot 12. La seconde extrémité de la biellette il est, quant à elle, articulée à llextremíte d'un arbre d'entraînement 13 en un point d'articulation 14, ici constitué par un pivot d'axe géométrique parallèle à celui du pivot 12. Dans le cas de figure l'axe géométrique 15 de l'arbre 13 est perpendiculaire à l'axe 5 à l'intersection de l'axe géométrique de l'axe 9 avec l'axe 5 par laquelle passe la bielle 10. On voit que, lorsque l'arbre 13 est entraîné en rotation autour de son axe géométrique 15, le pivot 12 décrit un cercle 16 perpendiculaire à l'axe 15 qui engendre une oscillation de la chape 8 autour de l'axe 7 dont l'amplitude angulaire dépend du rayon du cercle 16. Pour faire varier le rayon du cercle 16, il suffit de faire varier l'angle formé par la bielle 10 et la biellette 11 en éloignant ou rapprochant le pivot 14 de l'axe 5. Ainsi, lorsque la bielle 10 est placée coaxialement à l'axe 15, l'amplitude d'oscillation est nulle. On a représenté sur cette figure un moyen schématique de commande de la variation de l'amplitude d'oscillation. Ce dernier est constitué par un jeu de glissière fixes 17 parallèles à l'axe 15 sur lequel peut être déplacé l'ensemble 18 constituant le moteur dont l'arbre 13 est l'arbre de sortie. Une crémaillère 19 coopère avec une roue dentée 20 portée par l'ensemble 18. Un moteur 21 peut commander la rotation de la roue dentée 20 dans l'un ou l'autre sens pour déplacer l'ensemble 18 sur les glissières 17.Le moteur 21, qui peut être pas à pas, est soit commandé manuellement (il peut même à cet égard être remplacé par un bouton de manoeuvre de la roue 20), soit asservi à un capteur de contrainte non représenté dans un montage électronique d'asservissement semblable par exemple à celui décrit dans le document antérieur visé au préambule de la présente description. Le dispositif de l'invention, tel qu'il est repré- senté schématiquement à la figure 1, constitue un cas de figure particulier d'une pluralité de dispositions possibles. La particularité de la figure 1 réside dans la perpendicularité des axes 15 et 5 et le mouvement le long de l'axe 15 du point de pivotement 14. Dans un cas plus général, les directions relatives des axes 5 et 15 peuvent être quelconques (dans la limite bien entendu des réalisations technologiques possibles). il convient alors de remplacer le simple pivot 14 par une articulation du type joint universel acceptant une orientation quelconque de la biellette 11 par rapport à l'axe 13. L'articulation relative des bielle et biellette restera toujours du type à pivot 12 dont l'axe géométrique est orthogonal à la droite passant par le point d'articulation de la biellette 11 à l'axe 13 et le point de concours de la bielle 10 et l'axe 5. (Cette droite étant l'axe 15 dans le cas de la figure 1). Par ailleurs, la variation de l'amplitude d'oscil- lation étant obtenue, par la modification de la distance séparant les points d'articulation et de concours susdits, cette modification peut être réalisée par un mouvement de l'ensemble 18 différent de celui, le long de l'axe 15, de la figure 1. On peut par exemple déplacer cet ensemble parallèlement à lui-même depuis une première position dans laquelle la bielle 10 s'étend le long de la droite joignant les points d'articulation et de concours susdits (amplitude d'oscillation nulle) jusqu'à une seconde position dans laquelle lesdits points sont le plus proche l'un de l'autre (amplitude d'oscillation maximale). I1 est bien certain cependant, que le cas de la figure 1 est la configuration constructive la plus simple. Sur la figure 2 on a représenté par une vue de détail, partiellement en coupe, un mode de réalisation industriel du dispositif schématiquement représenté à la figure 1, pour ce qui concerne l'embiellage entre l'arbre 13 et la chape 8. On retrouve sur cette figure certains des éléments déjà décrits avec les mêmes références. En traits pleins, l'embiellage 10,11 est représenté dans sa position d'amplitude d'oscillation nulle, la bielle 10 s'étendant le long de l'axe 15. Cette position permet de remarquer que le pivot 12 est porté par l'extrémité lOb de la bielle 10 espacé de l'axe 15 ce qui permet d'éviter un arc-boutement des deux bielle et biellette lorsque l'on rapproche dans le sens A le pivot 14 de l'axe 5.En traits-discontinus-, les bielle, biellette et articulations portent les références 11', 10', 12', 14' et sont représentés dans leur position pour laquelle l'amplitude d'oscillation maximale de la chape 8 est obtenue. La figure 3 illustre une variante de réalisation de la machine de l'invention adaptée aux essais de fatigue en flexion de l'échantillon E reposant par ses deux extrémités sur des appuis fixes 30 et 31 et sollicité cycliquement vers le bas par un appui mobile 32 animé d'un mouvement alternatif le long d'une glissière 33,perpendiculaire à l'échantillon E et comportant deux coulisses 33a, 33b. L'appui 32 est constitué par une traverse montée à rotation à l'extrémité de deux bielles parallèles 34a, 34b dont les extrémités situées audelà des bielles coopèrent avec les coulisses 33a, 33b. L'autre extrémité des deux bielles est articulée sur une pièce 35 calée en rotation avec la chape 8, autour d'uniaxe 36 formant excentrique oscillant autour de l'axe 7. On voit que le mécanisme de transmission précédemment décrit permet de faire varier simplement laamplitude d'oscillation de la chape donc l'amplitude-du mouvement rectiligne alternatif de la traverse 32. En plaçant des capteurs au niveau des appuis fixes 30 et 31 on peut asservir le déplacement de l'ensemble moteur 18 (figure 1) le long des glissières 17 de manière à garder constante la force appliquée sur l'échantillon par la traverse 32. (Les appuis fixes encaissant par hypothèse, si la traverse 32 est au milieu de la distance les séparant, la moitié chacun de cette force). Les distances séparant respectivement la traverse 32 de l'axe 36 et l'axe 36 de l'axe 7 seront définies en fonction des courses à obtenir pour la traverse 32 comptetenu des amplitudes maximales d'oscillation de la chape 8. Sur la figure 4 on retrouve certains des éléments déjà décrits en regard de la figure 3 avec les mêmes références. L'échantillon E est emprisonné dans les machoires d'un étau 37 disposé entre les bielles 34a et 34b à la place de la traverse 32. L'autre extrémité étant fixée à un mors fixe, le mouvement alternatif de l'équipage mobile dans les glissières 34a, 34b conduit à une sollicitation en traction (ou en compression) de l'échantillon. On peut également imaginer une variante de réalisation dans laquelle l'échantillon soit sollicité en cisaillement entre un encastrementfixe et l'étau 37 pivoté de 90 par rapport à sa position de la figure 4. L'invention trouve une application intéressante dans le domaine des machines d'essais. REVENDICATIONS 1. Machine pour essais de fatigue en flexion, torsion, traction ou compression d'un échantillon (E) de matière comportant un moyen coopérant avec une partie de l'échantillon (E), accouplé à un mécanisme de transmission de mouvement comportant une chape (8) oscillante,dans l'axe (9) de laquelle est montée tourillonnante l'extrémité (lova) d'une bielle (10) dont l'autre extrémité (lOb) est animée d'un mouvement de rotation (16) autour d'un axe (15) sécant dudit premier axe (5), caractérisée en ce que ladite l'autre extrémité (lOb) de bielle (10) est attelée à une arbre (13) d'entraînement tournant, au moyen d'une biellette (11) articulée à ladite bielle et audit arbre, la distance séparant le point d'articulation (14) de la biellette (11) à l'arbre (13) au point d'articulation (9) de la bielle sur la chape étant réglable entre une première valeur correspondant à une inclinaison nulle de la bielle (10) sur l'axe sécant tel5) susdit et une seconde valeur correspondant à une inclinaison maximale de celle-ci sur ledit axe (15). 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'articulation (12) des bielle et biellette entre elles est réalisée autour d'un axe orthogonal à l'axe sécant (15) susdit. 3. Machine selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisée en ce que la biellette (11) est articu lée à l'arbre d'entraînement (13) au moyen d'un organe du type joint universel. 4. Machine selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que l'axe (15) de l'arbre d'entrainement (13) étant perpendiculaire à l'axe d'oscillation (5) de la chape, l'articulation (14) de la biellette (11) à i'arbre (13) d'entraînement est réalisée autour d'un axe parallèle à l'axe d'articulation (12) des bielle et biellette. 5. Machine selon la revendication 4 caractérisée en que les moyens de réglage de la distance susdite sont constitués par une glissière (17) parallèle à l'axe (15) de arbre d'entraînement (13) sur laquelle est monté à coulissement ledit arbre et par un dispositif d'entraînement (20, 21) en déplacement dudit arbre le long de ladite glissière (17). 6. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement susdit comporte un moteur (21) asservi à un détecteur de contrainte subie par l'échan- tillon (E) en cours d'essai. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisée en ce que lorsque la distance réglable susdite est à sa valeur maximale, les axes d'articulation (9, 12, 14) de la bielle (10) à la chape (8), de la biellette (11) à la bielle (10) et de la biellette (11) à l'arbre (13) d'entraînement ne sont pas alignés. 8. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le moyen susdit est constitué par des machoires (6a, 6b) calées en rotation avec la chape (8) susdite, d'encastrement d'une extrémité de l'echan- tillon (E), l'autre extrémité de cet échantillon étant immo bilisée par des moyens (1) fixes. 9. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que le moyen susdit est constitué par une bielle (34a, 34b) dont une extrémité est montée tournante autour d'un excentrique (35, 36) oscillant calé en rotation avec la chape (8) susdite tandis que son autre extrémité (32, 37) est montée à coulissement le long d'une glissière (33) perpendiculaire à l'axe d'oscillation et coopère avec l'échantillon.