Brevet FR2739447A1 — publié le 19970404

CAPTEUR D'EFFORT POUR CONTROLER LE SERRAGE DE PIECES ASSEMBLEES PAR UN GOUJON DESCRIPTION Domaine technique L'invention concerne un capteur d'effort permettant de contrôler l'effort de serrage sur des pièces assemblées par un goujon, d'une façon relativement précise et peu coûteuse. Etat de la technique Il existe, dans le domaine de la mécanique, de nombreux types de capteurs de force, tels que ceux présentés dans la brochure commerciale du fabriquant KISTLER S. A. En particulier, il est souvent nécessaire de contrôler l'effort de serrage sur des assemblages vissés au moyen d'un goujon. Dans ce cas, le système le plus connu pour mesurer l'effort de serrage exercé par un goujon est la clef dynamométrique. Cependant, une telle clef dynamométrique ne permet pas une grande précision de mesure. En outre, elle ne permet pas de tenir compte de la dispersion du serrage, c'est-à-dire de la répartition de l'effort de serrage sur les pièces assemblées. Pour mesurer un effort de serrage, il est fréquent également d'utiliser un goujon pigé. Ce goujon pigé est, en fait, un goujon au centre duquel est placé une pige. Ainsi, alors que le goujon s'allonge sous l'effet du serrage par l'écrou, la pige conserve une longueur constante; il est alors possible de mesurer une longueur différentielle entre la longueur de la pige et celle du goujon allongé. A partir de cette différence de longueur, on peut bien sûr déterminer la tension du goujon. Cependant, une telle méthode basée sur l'utilisation d'un goujon pigé est, en pratique, relativement lente et peu facile à mettre en oeuvre lorsqu'on veut faire un contrôle automatique, par exemple avec un capteur de déplacement pour automatiser le serrage. Une autre méthode pour mesurer l'effort de serrage dû à un goujon consiste à utiliser des ultra-sons. Cette méthode de mesure par ultra-sons consiste à déterminer la différence de temps que met une onde ultra son à faire un aller/retour dans la tige du goujon lorsque le goujon est tendu et lorsqu'il est au repos (c'est-à-dire non tendu). Cette différence de temps variant linéairement avec l'état de contrainte, on en déduit l'effort de serrage exercé sur les pièces à assembler. Cependant, cette méthode de mesure par ultra-sons présente l'inconvénient d'être très sensible aux variations de température ainsi qu'à la nature du matériau dans lequel est réalisée la tige du goujon. En outre, sa mise en oeuvre est longue, délicate et relativement coûteuse. Elle nécessite, de plus, une solide qualification de la part de l'opérateur. Exposé de l'invention L'invention a justement pour but de remédier aux inconvénients des techniques énoncées précédemment. A cette fin, l'invention propose un capteur d'effort ayant sensiblement la forme d'une rondelle et pouvant être placé autour du goujon, entre l'écrou et les pièces à assembler. De façon plus précise, l'invention concerne un capteur d'effort pour contrôler l'effort de serrage de pièces à assembler par un goujon, ce serrage étant effectué au moyen d'un écrou. Ce capteur se caractérise par le fait qu'il comporte une coquille en forme de rondelle disposée entre l'écrou et les pièces à assembler et à l'intérieur de laquelle sont disposées au moins deux jauges de déformation. Avantageusement, la coquille comporte une demi-coquille de support ayant une paroi interne sur laquelle sont fixées les jauges de déformation et une demi-coquille de protection qui est fixée sur la demi-coquille de support pour protéger ces jauges de déformation. Selon un mode de réalisation de l'invention, la demi-coquille de support a une section en forme de L, les jauges de déformation étant fixées sur la paroi verticale du L. Selon l'invention, chaque jauge de déformation est connectée sur des moyens de calcul situés à l'extérieur de la coquille et qui sont aptes à déterminer une valeur moyenne de l'effort de serrage réparti sur la coquille. Selon une variante de l'invention, les jauges de déformation sont connectées aux moyens de calcul par l'intermédiaire d'une prise électrique dont l'une des fiches est fixée latéralement sur la demi- coquille de protection. Brève description des dessins La figure 1 représente schématiquement un goujon muni d'un capteur d'effort conforme à l'invention; et - la figure 2 représente une vue de dessus, en coupe, du capteur d'effort de la figure 1. Description de modes de réalisation de l'invention Sur la figure 1, on a représenté un goujon 1 introduit dans des pièces 3 et 5 que l'on cherche à assembler grâce à ce goujon 1. A l'une des extrémités de ce goujon 1, est vissé un écrou 7 à partir duquel la force de serrage des pièces 3 et 5 peut être réglée. Entre la pièce 3 et l'écrou 7, est placé le capteur d'effort 2 de l'invention. Comme montré sur la figure 1, le capteur d'effort 2 a sensiblement la forme d'une rondelle, ce qui permet de l'introduire autour du goujon 1, entre l'écrou 7 et la pièce 3 comme une rondelle habituelle. Comme toute rondelle utilisée habituellement, le capteur d'effort 2 est placé autour du goujon 1 avec un jeu J. Par contre, contrairement aux rondelles habituelles, cette "rondelle" de l'invention permet de déterminer la valeur moyenne de l'effort de serrage réparti sur la pièce 3 grâce à des jauges de déformation placées à l'intérieur de ladite rondelle. Plus précisément, le capteur d'effort 2 comporte une coquille 4 qui comporte elle-même deux demi-coquilles 4a et 4b: une demi-coquille de support 4a et une demi-coquille de protection 4b. Ce capteur d'effort 2 comporte, à l'intérieur de la coquille 4, des jauges de déformation qui sont fixées sur la demi-coquille de support 4a. Ces jauges de déformation sont d'un type tout à fait courant. Le nombre de jauges de déformation à placer dans la coquille 4 dépend de la taille de ces jauges. Toutefois, elles sont au moins au nombre de deux. Sur le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le capteur d'effort comporte huit jauges de déformation dont deux seulement sont visibles sur la figure. Ces jauges portent les références 6a et 6b. Chacune des jauges de déformation du capteur d'effort 2 est apte à déterminer une valeur de la déformation subie par la demi-coquille de support 4b en un point de cette demi-coquille 4b. Un moyennage analogique de l'ensemble des valeurs d'effort détectées par chacune des jauges de déformation en un point de la coquille, est réalisé sur le pont de jauges (non visible sur la figure) de façon à obtenir en sortie du capteur d'effort une valeur de déformation moyenne. On en déduit ensuite l'effort de serrage exercé par le goujon 1 sur les pièces 3 et 5. Une demi-coquille de protection 4a est placée au-dessus de l'ensemble des jauges de façon à les protéger de tout contact avec l'écrou 7. Cette demi-coquille de protection 4a forme, avec la demi-coquille de support 4b, une sorte de "rondelle". Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, c'est-à- dire celui représenté sur la figure 1), la demi-coquille de support 4b a une section en forme de L. Dans ce cas, les jauges de déformation sont fixées sur la paroi verticale interne Cl, de cette demi-coquille de support 4b et, de préférence, à proximité de l'angle formé par la paroi verticale C1 et le côté horizontal C2. Selon un mode de réalisation de l'invention, les jauges de déformation 6a, 6b sont fixées sur la demi-coquille de support 4b au moyen d'une colle pouvant résister à de hautes températures (de l'ordre de 250 C, par exemple). C'est ce mode de réalisation qui est représenté sur la figure 1, sur laquelle la colle est référencée 10. Pour coller ces jauges sur la demi-coquille de support 4b, il est possible aussi d'utiliser, dans certains cas, une colle du type céramique qui présente une bonne tenue aux rayonnements nucléaires. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les jauges utilisées sont du type sans support; de telles jauges peuvent supporter une température de 700 C. Dans les modes de réalisation o les jauges sont fixées au moyen d'une couche de colle, l'extrémité basse 4a' de la demi-coquille de protection 4a peut également être fixée contre l'extrémité inférieure 4b' de la demi-coquille de support 4b au moyen de cette couche de colle, comme montré sur la figure 1. Au contraire, les parties supérieures 4a" et 4b" des demi-coquilles sont en contact direct (sans colle) pour une meilleure transmission des efforts. Dans le cas contraire, les demi-coquilles 4a et 4b peuvent comporter, aux extrémités libres de leurs parois, un système d'emboîtement, par exemple de type tenon-mortaise, permettant aux deux demi-coquilles de s'emboîter pour former la coquille 4. Selon une variante de l'invention, chaque jauge de déformation est reliée à une fiche mâle 8a fixée sur la face extérieure latérale de la demi-coquille de protection 4a du capteur d'effort 2; la prise femelle 8b à laquelle sont connectés les moyens de calculs vient alors s'enficher sur la pièce mâle 8a. A titre indicatif, cette prise peut être du type push-pull à quatre broches (deux broches pour l'alimentation et deux broches pour le signal à mesurer). Sur la figure 2, on a représenté une vue de dessus, en coupe, du capteur d'effort de l'invention. On retrouve donc, sur cette figure 2, la plupart des éléments de la figure 1 et, en particulier, le goujon 1 entouré du capteur d'effort 2, en forme de rondelle. On voit également le jeu J entre la rondelle et le goujon. Sur cette figure 2, on a représenté, en hachuré, la demi-coquille de support 4b sur laquelle sont fixées huit jauges de déformation 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g et 6h entourées d'une couche de colle 10. L'ensemble de ces jauges est protégé par la demi-coquille de protection 4a. On a représenté également sur cette figure 2, les fils de connexion des jauges 6e, 6b, 6f et 6g connectées sur la prise mâle 8a de la prise de connexion 8. Ce capteur d'effort de l'invention peut donc être utilisé comme une rondelle classique. Il présente en outre l'avantage de supporter des conditions difficiles en température, en humité et en rayonnements. De plus, il permet une précision relativement bonne, c'est-à-dire de l'ordre de 5 %, basée sur la moyenne de plusieurs valeurs mesurées chacune par une jauge de déformation. Par ailleurs, le coût de fabrication d'un tel capteur d'effort est relativement peu élevé puisqu'il peut être réalisé à partir des jauges classiques. REVENDICATIONS 1. Capteur d'effort pour contrôler l'effort de serrage sur des pièces (3, 5) à assembler par un goujon (1), ce serrage étant effectué au moyen d'un écrou (7), caractérisé en ce qu'il comporte une coquille (4) en forme de rondelle, disposée entre l'écrou et les pièces à assembler et à l'intérieur de laquelle sont disposées au moins deux jauges de déformation (6a, 6b). 2. Capteur d'effort selon la revendication 1, caractérisé en ce que la coquille (4) comporte une demi-coquille de support (4b) sur laquelle sont fixées les jauges de déformation et une demi-coquille de protection (4a) fixée sur la demi-coquille de support pour protéger les jauges de déformation. 3. Capteur d'effort selon la revendication 2, caractérisé en ce que la demi-coquille de support (4b) a une section en forme de L, les jauges de déformation étant alors fixées sur la paroi verticale (Cl) du L. 4. Capteur d'effort selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque jauge de déformation est connectée sur des moyens de calcul situés à l'extérieur de la coquille et aptes à déterminer une valeur moyenne de l'effort de serrage réparti sur la coquille. 5. Capteur d'effort selon la revendication 4, caractérisé en ce que les jauges de déformation sont connectées aux moyens de calcul par l'intermédiaire d'une prise électrique (8) dont l'une des fiches est fixée latéralement sur la demi-coquille de protection.