Brevet FR2664050A1 — publié le 19920103

L'invention concerne un organe de flexion pour un dispositif dynamométrique, relié à un élément de base, fixe, du dispositif dynamométrique, et dont la déforma- tion, sur une certaine zone de flexion sous l'effet d'une force, mesure l'intensité de cette dernière. Des organes de flexion de ce genre, pour disposi- tifs dynamométriques, sont connus dans de nombreuses formes de réalisation, qui ressortent par exemple des brevets allemands No 31 48 670 et 32 25 857 Habituelle- ment, les organes de flexion sont en acier, et il est à ce propos fait aussi référence à un organe de flexion décrit dans le deuxième fascicule publié de la demande de brevet allemand N O 27 53 549. L'utilisation de l'acier pour la réalisation des organes de flexion représente un compromis entre les nombreuses exigences auxquelles doit satisfaire un maté- riau pour organe de flexion, comme par exemple une dureté et une résistance mécanique élevées, une bonne usinabilité et une bonne soudabilité, une structure de pièce uniformément fine, sans contraintes internes, etc. A vrai dire, la résistance à la flexion de l'acier, pour un module d'élasticité prédéfini, n'est guère satisfai- sante dans cette application Même l'utilisation d'aciers spéciaux, connus dans les techniques aéronautiques et spatiales, n'apporte ici qu'une faible amélioration, et de plus cette façon de faire augmente considérablement le coût des composants Les organes de flexion en céra- mique ou en matériaux cristallins, comme par exemple le silicium, sont à l'origine d'un problème, selon lequel ces matériaux ne peuvent que difficilement être usinés; de plus, il est difficile de réaliser une liaison satis- faisante entre un tel organe de flexion et un élément de base, le plus souvent métallique, du dispositif dynamo- métrique. L'invention a donc pour but de mettre à disposition un organe de flexion pour un dispositif dynamométrique, qui présente un meilleur rapport entre la résistance à la flexion et le module d'élasticité, et qui de plus puisse être assemblé sans problème et d'une manière fiable à l'élément de base du dispositif dynamométrique. Ce but est atteint grâce à un organe de flexion du type décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il est cons- titué d'une pièce composite, au moins bicouche, dont une partie est en un métal fritté et contient la zone de flexion, et dont l'autre partie, qui est en contact avec l'élément de base, est en un acier élaboré. L'assemblage de cet organe de flexion avec l'élé- ment de base, habituellement en acier, peut être réalisé absolument sans problème, par un assemblage soudé nor- mal Simultanément, cet organe de flexion présente, par rapport à une exécution tout en acier, et pour un module d'élasticité donné, une résistance à la flexion nette- ment plus élevée car, dans la zone de flexion, il est constitué d'un métal fritté obtenu par la métallurgie des poudres, métal dont la résistance à la flexion est nettement plus élevée que celle de l'acier élaboré De même, l'assemblage du métal fritté et du matériau métal- lique élaboré est très solide, et les problèmes que l'on rencontre par exemple avec une liaison céramique-métal n'apparaissent pas dans ce type de pièce composite. Avec le dispositif dynamométrique selon l'inven- tion, on peut donc maîtriser des étendues de mesurage considérablement plus larges, ou encore améliorer nette- ment la résistance aux surcharges. Dans une autre forme de réalisation de l'organe de flexion selon l'invention, la zone frittée de l'opéra- tion de frittage est obtenu par compression isostatique à chaud. Dans une autre forme de réalisation, c'est par usi- nage d'une ébauche de pièce composite que l'organe de flexion est porté à sa forme finale, obtenue par décou- page, en rondelles, d'une forme oblongue contenant des segments obtenus dans le cadre d'une opération unique de frittage, et alternativement en métal fritté et en acier métallique. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, l'organe de flexion contient plusieurs zones de flexion en métal fritté. Enfin, dans une dernière forme de réalisation de l'organe de flexion selon l'invention, la partie en acier forme une zone centrale, qui se poursuit, sur ses deux côtés, par une zone en métal fritté, comportant elle aussi une zone de flexion. L'organe de flexion présente des propriétés parti- culièrement avantageuses quand l'opération de frittage est réalisée par compression isostatique à chaud. De même, l'organe de flexion selon l'invention peut être préparé par des opérations simples d'usinage et de transformation C'est ainsi que le matériau, au contraire des matériaux céramiques, peut être érodé sans diffi- culté, même dans sa zone de frittage Les ébauches de matériaux composites nécessaires à cette opération peu- vent être obtenues d'une manière très économique par un découpage en rondelles d'une forme oblongue, obtenue par une opération de frittage unique, et contenant alterna- tivement des tronçons frittés et en acier, forme oblon- gue ayant une section transversale de préférence circu- laire ou rectangulaire Il est de même particulièrement simple de préparer les organes de flexion avec plusieurs zones de flexion parallèles les unes aux autres. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés, qui repré- sentent des exemples de réalisation de l'invention, des- sins dans lesquels: La Figure 1 présente un dispositif dynamométrique comportant un organe de flexion sous forme d'une barre de flexion (fixée à une extrémité); La Figure 2 présente un dispositif dynamométrique comportant une membrane de flexion servant d'organe de flexion; La Figure 3 présente un dispositif dynamométrique comportant un organe de flexion avec deux zones de fle- xion parallèles l'une à l'autre; et La Figure 4 présente un dispositif dynamométrique comportant un organe de flexion sous forme de deux zones de flexion disposées en série. Les Figures 1 à 4 présentent différentes formes de réalisation d'organes de flexion pour dispositifs dyna- mométriques. Chaque figure présente une coupe transversale de différents dispositifs dynamométriques, qui tous compor- tent un élément de base ( 5 a, 5 b, 5 c, 5 d) et un organe de flexion (la, lb, lc, ld) La section transversale de l'organe de flexion (la à ld) est toujours rétrécie en au moins un point, le plus souvent au voisinage du milieu, de sorte qu'il se crée en ce point au moins une zone de flexion ( 2 a, 2 b, 2 c, 2 'c, 2 'd) Sur le côté supérieur et/ou le côté inférieur, des capteurs, par exemple des jauges extensométriques, sont fixés dans ces zones de flexion ( 2 a à 2 'd), sans être représentés sur les dessins Ils permettent de mesurer, lors de l'appli- cation d'une force (F), la déformation de l'organe de flexion (la à ld) dans la zone de flexion ( 2 a à 2 'd). Dans ce but, l'organe de flexion (la à ld) est dans tous les cas relié, par un assemblage soudé ( 6 a, 6 b, 6 c, 6 d), à au moins un côté de l'élément de base ( 5 a à 5 d). L'organe de flexion (la à ld) est réalisé sous la forme d'une pièce composite au moins bicouche Une pièce ( 4 a, 4 b, 4 c, 4 d), contiguë à l'élément de base ( 5 a à d), est, tout comme l'élément de base ( 5 a à 5 d), cons- tituée d'un matériau de type acier élaboré Ainsi, l'as- semblage soudé ( 6 a à 6 d) peut être réalisé sans problème avec une bonne résistance mécanique L'autre partie ( 3 a, 3 b, 3 c, 3 'c, 3 d), qui englobe notamment la zone de fle- xion ( 2 a à 2 'd), de l'organe de flexion (la à ld), est en revanche en un alliage métallique obtenu par frit- tage C'est au cours d'une même opération de frittage que l'on réalise l'assemblage de la pièce frittée ( 3 a à 3 d) avec la pièce ( 4 a à 4 d) en acier élaboré, le long d'une surface d'assemblage ( 7 a, 7 b, 7 c, 7 d) La résis- tance mécanique le long de la surface d'assemblage ( 7 a, 7 b, 7 c, 7 d) d'une telle "thermosoudure" atteint l'ordre de grandeur de celle de l'assemblage soudé ( 6 a à 6 d) et ne représente donc pas un paramètre critique pour le bon fonctionnement des dispositifs dynamométriques. Pour la zone frittée ( 3 a à 3 d), on peut, pour un module d'élasticité souhaité, arriver à une résistance à la flexion nettement meilleure que celle de l'acier. Comme cette partie ( 3 a à 3 d) englobe notamment la zone de flexion ( 2 a à 2 'd) de l'organe de flexion (la à ld), on a la possibilité d'utiliser le dispositif dynamomé- trique correspondant sur une étendue de mesurage relati- vement plus large que ce qui était le cas avec les orga- nes de flexion de la technique antérieure Si l'on con- serve l'étendue de mesurage, on a une nette amélioration des possibilités de surcharge du dispositif de mesure. La fabrication des organes de flexion (la à ld) s'effectue dans tous les cas par un processus de frit- tage, qui de préférence est mis en oeuvre par compres- sion isostatique à chaud, et qui produit les zones frit- tées ( 3 a à 3 d), de même que leur assemblage avec les domaines métalliques ( 4 a à 4 d) le long des surfaces ( 7 a à 7 d), opération suivie d'un usinage, par exemple d'une érosion, de l'ébauche de pièce composite, pour obtenir la forme finale souhaitée de l'organe de flexion. L'ébauche de pièce composite est ici obtenue par décou- page en rondelles d'une forme oblongue ayant de préfé- rence une section transversale circulaire ou rectangu- laire, fabriquée dans le cadre d'une opération unique de frittage La forme oblongue contient, en alternance, des zones frittées et des zones métalliques (acier), de sorte que l'on peut obtenir simultanément, en une seule opération de frittage, un grand nombre d'ébauches C'est pour des organes de flexion ayant cette composition que l'on obtient les propriétés les plus favorables pour ce qui est des spécifications, mentionnées plus haut, auxquelles doivent satisfaire ces composants. Dans la forme de réalisation de la Figure 1, la force (F) est appliquée sur un côté, sur une branche d'un organe de flexion ayant en coupe la forme d'un U, et ayant en vue de dessus la forme d'une barre de f le- xion rectangulaire (la) Par son autre branche, la barre de flexion (la), conçue comme une pièce composite bicou- che, est fixée par l'assemblage soudé ( 6 a) à l'élément de base ( 5 a), fixe, en acier Les deux extrémités des branches de l'organe de flexion (la) sont constituées d'une pièce ( 4 a) en acier. La Figure 2 présente un organe de flexion cylindri- que (lb) ayant un axe longitudinal (A) et comportant une membrane de flexion circulaire avec une zone de flexion ( 2 b), membrane qui, pour sa part, est fixée par un assemblage soudé ( 6 b), par l'intermédiaire d'un bord annulaire, à un élément de base annulaire ( 5 b) L'organe de flexion (lb) forme pour sa part une pièce composite bicouche avec la pièce en acier ( 4 b), annulaire, conti- guë à l'élément de base ( 5 b), et avec la pièce frittée ( 3 b), qui englobe la zone de flexion ( 2 b). Une autre forme de réalisation est représentée par l'organe de flexion (lc), qui en vue de dessus a une forme rectangulaire, de la Figure 3 Cet organe a la forme d'une barre de flexion avec deux zones de flexion ( 2 c, 2 'c), parallèles l'une à l'autre La pièce ( 4 c) forme ici une zone intermédiaire, à laquelle se raccor- dent, sur les deux côtés, les deux domaines frittés ( 3 c, 3 'c), ayant en section transversale la forme d'un U, et qui englobent les zones de flexion ( 2 c, 2 'c) Un tel organe de flexion, à trois couches, peut être préparé d'une manière simple par l'usinage correspondant d'une ébauche de pièces composites à trois couches métal fritté-acier- métal fritté Les dispositifs de ce genre, du type à double barre de flexion, augmentent la préci- sion de la mesure La pièce ( 4 c) en acier de cet organe de flexion (lc) comporte, vers deux faces extérieures, un prolongement ( 11, 12) C'est par l'un des prolonge- ments ( 11) que l'organe de flexion (lc) est pour sa part fixé par l'intermédiaire d'un assemblage soudé ( 6 c) à l'élément de base ( 5 c), tandis que la force (F) à mesu- rer s'applique à l'autre prolongement ( 12). Enfin, la Figure 4 présente une autre variante d'un organe de flexion (ld), dans lequel deux zones de fle- xion ( 2 d, 2 'd), disposées l'une derrière l'autre, sont formées par un rétrécissement de la section transver- sale, que l'on obtient par le fait que deux trous parallèles ( 16), disposés à une certaine distance l'un de l'autre, sont aménagés dans l'organe de flexion (ld) en-dessous de la surface Le transfert de la force (F) a lieu ici par l'intermédiaire d'un organe de transfert de force ( 14), qui est fixé à demeure, par un point de sou- dure ( 13), à l'organe de flexion ( 1 d), en étant guidé axialement, avec jeu, à travers une partie de l'organe de flexion ( 1 d), et pouvant être protégé contre les sur- charges à l'aide de goujons d'assemblage pouvant être introduits dans des alésages ( 15) appropriés L'organe de flexion (ld) est conçu comme une pièce composite bicouche, le domaine fritté ( 3 d) englobant au moins les zones de flexion ( 2 d, 2 'd), à section réduite L'organe de flexion (ld) est, par les alésages ( 16) et par les fentes ( 17) conduisant à ces alésages, formé de telle sorte que le point de soudage ( 13) se trouve dans une extrémité en forme de languette du domaine ( 4 d) en acier Ici aussi, les alésages et les fentes ne sont réalisés de préférence qu'après coup, après érosion d'une ébauche de pièce composite pleine bicouche. Bien évidemment, d'autres variantes, concernant la configuration de l'organe de flexion, sont possibles et entrent dans le cadre de l'invention, du moment que l'organe de flexion est réalisé en une pièce composite métal fritté/acier, la zone de flexion étant en métal fritté, et la partie de l'organe de flexion qui doit être assemblée à un élément de base en acier étant elle- même en acier. Revendications 1 Organe de flexion pour un dispositif dynamomé- trique, assemblé à un élément de base, fixe, du disposi- tif dynamométrique, et dont la déformation, à l'inté- rieur d'une zone de flexion et sous l'effet d'une force, est une mesure de l'intensité de cette dernière, carac- térisé en ce que l'organe de flexion (la, lb, lc, ld) est une pièce composite au moins bicouche, dont une par- tie ( 3 a, 3 b, 3 c, 3 'c, 3 d) est en un métal fritté et qui contient la zone de flexion ( 2 a, 2 b, 2 c, 2 'c, 3 c, 3 'c), et dont l'autre partie ( 4 a, 4 b, 4 c, 4 d), contiguë à l'élément de base ( 5 a, 5 b, 5 c, 5 d), est en un acier éla- boré. 2 Organe de flexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour réaliser la zones frittée ( 3 a, 3 b, 3 c, 3 'c, 3 d), le frittage est réalisé par com- pression isostatique à chaud. 3 Organe de flexion selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que c'est par usinage d'une ébauche de pièces composites qu'il est porté à sa forme finale, qui est obtenue par découpage en rondelles d'une forme oblongue, obtenue dans le cadre d'une opération de frit- tage unique, et contenant alternativement des tronçons frittés et des tronçons en acier. 4 Organe de flexion selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il contient plusieurs zones de flexion frittées ( 2 c, 2 'c; 2 d, 2 'd). Organe de flexion selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il présente une structure à trois couches, la partie ( 4 c)en acier formant une zone centrale, à laquelle sont contiguës, sur les deux côtés, deux zones ( 3 c, 3 'c), frittées, comportant chacune une zone de flexion ( 2 c, 2 'c).