Brevet FR2605103A1 — publié le 19880415

DISPOSITIF DE XESURE DE FORCES APPLIQUEES A DES PIECES DE MACHINES TOURNANTES L'invention concerne un dispositif pour mesurer des forces appliquées à des pièces de machines tournantes, constitué par un palier dynamométrique à corps roulants muni de capteurs de force agences dans la région du chemin de roulement et par un appareil électronique dote de circuits pour amplifier, redresser et indiquer la valeur de crete de la tension variable due au roulement des corps roulants du palier dynamométrique, Un dispositif de mesure de ce type est connu, entre autres, par le brevet allemand DE-PS 2 746 937.Ce dispositif utilise un palier dynamometrique dans lequel l'allongement de la matière en présence de la charge transmise par les corps roulants est mesuré par des jauges extensométriques agencées de maniére appropriée dans la zone de charge principale. Comme déjà connu d'une manière générale, les jauges extensométriques sont agencées avec un intervalle égal à la moitié de l'intervalle entre corps roulants, dans la direction périnétrique de l'une des bagues du roulement Les deux jauges extensométriques sont connectées en demi-pont et avec cet agencement spécial, fournissent un signal de sortie qui, sous charge, possède une amplitude double de celle que l'on obtiendrait en utilisant une seule jauge extensométrique. Cela résulte de ce que, dans la zone de charge de la bague du roulement, il se produit un allongement de la matiére en dessous d'un corps roulant et un refoulement de la matière entre les corps roulants. On obtient ainsi dans le demi-pont une excursion double du point milieu de celui-ci, cela résultant de la diminution de la valeur de la résistance de l'une des jauges extensométriques et de l'accroissement de la valeur de la résistance de l'autre jauge. Un palier dynamométrique ainsi conçu fournit une tension alternative dont l'amplitude est proportionnelle à la charge du palier et dont la fréquence dépend de la vitesse de rotation et du nombre des corps roulants. Cette réalisation est en principe utilisable si le palier dynamométrique opère avec une vitesse de rotation suffisamment élevée, de manière qu'un nombre suffisamment grand d'amplitudes de tension par unité de temps soit fourni au système de mesure suivant.Aux faibles vitesses de rotation, donc lorsque la fréquence de passage des corps roulants est faible, notamment si le palier dynamométrique est faiblement chargé, les intervalles de temps entre les amplitudes de tension individuelles sont importants, de sorte que le système de mesure doit opérer avec une grande constante de temps d'intégration. On utilise alors, comme d'habitude lorsqu'il s'agit de traiter des tensions alternatives, des filtres passe-bas dont le fréquence-limite doit être très basse dans ce cas. Si l'on utilise le même agencement pour de grandes fréquences de roulement, on obtient lors d'une variation de charge, c'est-à-dire lors d'un changement de l'amplitude ou de la valeur de crête de la tension due au roulement, un comportement très inerte du signal de mesure, et les brèves variations de charge sont souvent ignorées, puisque ces quelques valeurs de crête relativement importantes doivent être fortement intégrées. L'invention a pour but de réaliser un dispositif de mesure du type indiqué au début, qui permettra d'obtenir, aux basses fréquences de roulement, une intégration suffisante de la tension de crête et permettra aussi de déceler sans effet d'inertie les brèves variations de charge aux grandes fréquences de roulement. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le circuit pour former les valeurs de crête comporte un filtre passe-bas dont la fréquence-limite est assujettie, en mode proportionnel, a la fréquence de la tension due au roulement. La fréquence de la tension due au roulement sert alors à commander en mode proportionnel la fréquence-limite du filtre passebas ou du réseau d'intégration. Celà peut être réalisé par exemple par commutation sur une pluralité de filtres passe-bas à fréquenceslimites différentes. Une basse fréquence-limite est alors affectée aux basses fréquences de roulement, et une haute fréquence-limite est affectée aux grandes fréquences de roulement. Comme la détermination des valeurs de crete d'une tension due au roulement ayant une grande fréquence ne demande qu'un faible temps d'intégration, donc une fréquence-limite élevée, il est alors possible d'obtenir aussi une indication des forces ou charges rapidement variables exercées sur le palier dynamométrique.De plus, le comportement des valeurs mesurées est relativement exempt d'inertie et, d'autre part, l'assujettissement en mode proportionnel de la fréquence-limite du filtre passe-bas permet aussi d'obtenir une indication exacte des tensions à basse fréquence dues au roulement. Par rapport aux dispositifs de mesure antérieurs, la solution selon l'invention présente une fiabilité et une précision accrues, et conduit à un mode opératoire plus commode et dénué de problèmes. Il en résulte que le dispositif de mesure convient notamment aux postes de contrôle sans opérateur et aux essais de longue durée. Selon une autre caractéristique de l'invention, le filtre passebas est un réseau RC actif, à valeur R et/ou C variant de manière continue, proportionnellement à la fréquence de la tension due au roulement. L'adaptation continue de la fréquence-limite du filtre passe-bas permet de minimiser de manière optimale l'erreur du dispositif de mesure. Les éléments tels que diodes à capacité variable, transistors à effet de champ, ou analogues, connus de l'homme de l'art, électronicien ou instrumentiste, constituent des moyens possibles évidents pour realiser la modification continue des capacités ou des résistances. L'électronique moderne offre un grand nombre de solutions possibles connues pour convertir la fréquence de la tension due au roulement en une tension de commande des composants qui lui est proportionnelle. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le filtre passebas comprend un réseau à condensateur commuté, avec fréquence de commutation de charge variant de manière continue, en étant assujettie, en mode proportionnel, à la fréquence de la tension due au roulement, la fréquence de commutation de charge étant avantageusement de 100 à 300 fois supérieure à la fréquence de la tension due au roulement. Le réseau à condensateur commuté contient de préférence un convertisseur de fréquence opérant proportionnellement, avec un facteur de 200. Le réseau à condensateur commuté est avantageusement suivi d'un organe de filtrage supprimant la fréquence de la commutation de charge. Pour cette forme de réalisation particulièrement avantageuse, on utilise par exemple, comme réseau à condensateur commuté, un composant intégré disponible dans le commerce. Il repose sur le principe de la commutation de charge d'un condensateur, une tension de mesure étant soumise, à une fréquence élevée, à un découpage en tranches délimitées dans le temps qui sont ensuite traitées. Cette méthode constitue une solution élégante pour simuler, sans réaction, une résistance continûment variable d'un filtre RC. Des détails à ce propos sont fournis, par exemple, par la notice détaillée R 5620 de la firme Reticon Corporation Inc. Vellesley, Xassachussetts (Etats Unis d'Amérique). Avec un filtre passe-bas ainsi conçu, on obtient une courbe-enveloppe qui suit les valeurs de crête de la tension due au roulement et qui contient encore des résidus de la fréquence de comutation élevée. C'est pourquoi un organe de filtrage est prévu ensuite, dans la solution selon l'invention. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus complètement dans la description présentée dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux dessins annexés dont les figures représentent - la figure 1, le schéma par blocs fonctionnels d'un dispositif de mesure de forces comportant un filtre passe-bas a condensateur commuté; - la figure 2, une vue partielle en coupe d'un développement d'un palier de mesure avec jauges extensométriques; et - la figure 3, le montage électrique en demi-pont des jauges extensométriques. Le dispositif de mesure représenté sur les figures est constitué par un capteur de force 1 agencé dans un palier et constitué par deux jauges extensométriques 2, 3 connectées en demi-pont. la tension due au roulement, provenant du capteur de force, est fournie à un filtre passe-haut 4 de construction usuelle, qui élimine la composante continue. Dans un étage suivant 5, la tension due au roulement est redressée et fournie à un filtre passe-bas 6 à condensateur commuté. Ce filtre est doté d'une fréquence-limite variable de manière continue. Le signal de commande pour modifier la fréquence-limite est formé à partir de la fréquence de la tension due au roulement, augmentée dtun facteur 200 dans un convertisseur de frequence 7. La construction de ce composant est connue. Par exemple, une tension continue analogique est formée à partir de la fréquence et commande un convertisseur opérant dans le sens inverse, c'est-8-dire un convertisseur tensionfréquence. La fréquence de sortie qui est alors plus élevée commande le filtre passe-bas 6 à condensateur. commuté, de manière a établir une fréquence-limite haute ou basse selon que la frequence de la tension due au roulement est haute ou basse. La constitution du filtre passebas à condensateur commuté 6 est indiquée dans la notice déjà mentionnée de la firme Reticon.Le filtre passe-bas à condensateur commuté 6 présente à sa sortie la courbe-enveloppe correspondant aux valeurs de crête de la tension due au roulement, courbe 9 laquelle est encore superposée la fréquence de commutation 200 fois plus élevée. Cette fréquence est éliminée par lissage dans un étage 8 comportant un organe de filtrage et la tension due au roulement est indiquée par un appareil indicateur usuel 9. Sur la figure 2, on a représenté un développement partiel d'un roulement à billes coupé transversalement, aménagé en palier dynamométrique. Dans une rainure radiale 11 aménagée à mi-hauteur axiale depuis la périphérie de la bague extérieure 10 sont agencées deux jauges extensométriques 2, 3 séparées par un intervalle égal à la moitié de l'intervalle entre billes 12. Comme representé sur la figure 3, ces jauges sont montées en demi-pont, une tension continue stable étant appliquée aux lignes d'alimentation 13, 14. La ligne de mesure 15 située entre celles-ci transmet au filtre passe-haut 4 representé sur la figure 1 la tension due au roulement. Cette dernière apparait lorsque les billes 12 franchissent les jauges extensométriques 2, 3. Sur la figure 2, la bille 12 se trouvant dans la région de la première jauge extensométrique 2 provoque une extension de la matière et, par conséquent, un accroissement de la résistance électrique de la jauge 2. La région de la matière comprise entre deux billes 12 est alors refoulée, et la valeur de la résistance de la jauge extensométrique 3 agencée en cet endroit diminue. Ces variations de résistance déséquilibrent le demi-pont selon la figure 3 et donnent un signal de mesure s'écartant de la moitié de la tension d'alimentation. Les conditions décrites s'inversent lors de la progression des billes 12, et il en résulte que la tension due au roulement varie avec une fréquence qui résulte de la vitesse de roulement des billes 12, ou de la vitesse de rotation du roulement à billes. L'amplitude de cette tension due au roulement est proportionnelle a la charge radiale du roulement à billes. La réalisation du dispositif de mesure selon l'invention n'est présentée qu'à titre d'exemple. Bien entendu, d'autres réalisations d'un filtre passe-bas à fréquence-limite variable sont envisageables. REvJJblCÂTIOiS 1. Dispositif pour mesurer des forces appliquées à des pièces de machines tournantes, constitué par un palier dynamométrique a corps roulants muni de capteurs de force (1) agencés dans la région du chemin de roulement et par un appareil électronique doté de circuits pour amplifier, redresser et indiquer la valeur de crête de la tension variable due au roulement des corps roulants (12) du palier dynamométrique, caractérisé par le fait que le circuit pour former les valeurs de crête comporte un filtre passe-bas (6) dont la fréquencelimite est assujettie, en mode proportionnel, à la fréquence de la tension due au roulement. 2. Dispositif selon revendication 1, caractérisé par le fait que le filtre passe-bas (6) est un réseau RC actif, à valeur R et/ou C variant de manière continue, proportionnellement à la fréquence de la tension due au roulement. 3. Dispositif selon revendication 1, caractérisé par le fait que le filtre passe-bas (6) comprend un réseau å condensateur commuté, avec fréquence de commutation de charge variant de manière continue, en étant assujettie, en mode proportionnel, à la fréquence de la tension due au roulement. 4. Dispositif selon revendication 3, caractérisé par le fait que la fréquence de commutation de charge est de 100 à 300 fois supérieure a la fréquence de la tension due au roulement. 5. Dispositif selon revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que le réseau à condensateur commuté contient un convertisseur de fréquence (7) operant proportionnellement, avec un facteur de 200. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que le réseau a condensateur commuté est suivi d'un organe de filtrage (8) supprimant la fréquence de la commutation de charge.