Brevet FR2878330A1 — publié le 20060526

La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant d'évaluer la résistance au choc d'une denture de pignons notamment pour boîte de vitesses de véhicule automobile. On connaît l'utilisation d'un mouton à chute verticale d'une masse frappante permettant de réaliser des essais de choc sur différents types de pièces, telles que par exemple des pignons de boîte de vitesses de véhicule automobile, pour lesquelles on souhaite connaître une énergie de rupture. Ces essais consistent ainsi à lâcher sur la pièce à tester la masse frappante à une hauteur donnée et à déterminer par conséquent une énergie de rupture par l'une des relations suivantes: - E = m.g.h, où m est la masse, g l'accélération et h la hauteur de chute de la masse frappante; E = 1/2m. v2, où m est la masse et v la vitesse de chute de la masse au moment de l'impact mesurée par un capteur de vitesse; - E = F*Ad, où d est le déplacement d'un burin engrènant avec une dent à tester d'un pignon constituant la pièce soumise au choc, le déplacement de la dent par le burin lors de l'impact de la masse frappante étant supposé identique à celui du burin, et F est l'effort mesuré, l'énergie étant alors déterminée en intégrant deux fois l'accélération ou une fois la vitesse si l'on dispose des capteurs d'accélération de vitesse correspondants. Les figures 1 et 2 représentent l'utilisation du mouton vertical permettant de mesurer l'énergie de rupture réelle d'une dent d'un pignon 1 d'une boîte de vitesses de véhicule automobile. Cette technique consiste ainsi à lâcher verticalement une masse constante, non représentée, de dix à vingt kilos, suivant des hauteurs variables pouvant aller de 1 à 150 cm, sur un burin 2 monté verticalement coulissant relativement au bâti 3 du mouton et dont l'extrémité inférieure 2a en forme de stylo ou de pige est en appui entre deux dents consécutives la, lb approximativement verticales du pignon 1. Ce dernier est supporté verticalement par un axe cylindrique de support 4 et bloqué sur celui-ci par un écrou 5 vissé à l'extrémité filetée de l'axe 4, ce dernier étant solidaire d'une pièce en équerre 6 amoviblement fixée au socle 7 du bâti 3. Pour chaque pignon 1 dont on veut tester l'énergie de rupture des dents, on définit les hauteurs de chute minimum et maximum de la masse frappante pour lesquelles il y a respectivement et dans tous les cas défaillance et non défaillance des dents lors du choc exercé par la masse frappante tombant sur le burin 2 pouvant écarter les deux dents consécutives la, lb sous l'impact du choc, une défaillance étant la rupture de l'une des deux dents, la fissuration en pied de dent ou la déformation de l'une des dents visible à l'oeil nu. Chaque dent n'étant sollicitée qu'une seule fois par le burin sous l'impact du choc, il n'est testé qu'un inter-dent sur deux jusqu'à déterminer l'énergie de rupture réelle d'une dent du pignon 1. Cependant, ce dispositif connu ne donne pas de résultat satisfaisant du fait que le principe d'écarter deux dents à l'aide du burin se traduit par une rupture aléatoire de la dent gauche ou droite du pignon et que le burin est positionné de façon imprécise à cause des tolérances et du mouvement du burin. Ce burin doit être huilé avant chaque essai au choc en vue de limiter son emmanchement dans les dentures du pignon. En outre, un soin particulier doit être apporté au moyen de guidage de la masse frappante lors de sa chute pour limiter au maximum les frottements. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients ci-dessus en proposant un procédé d'évaluation de la résistance au choc d'une denture de pignons notamment pour boîte de vitesses de véhicule automobile, consistant à lâcher verticalement une masse 2878330 3 constante déterminée à partir de plusieurs hauteurs différentes sur un burin verticalement mobile répercutant l'effort de frappe de la masse tombante sur au moins une dent à tester du pignon fixé verticalement, et qui est caractérisé en ce qu'il consiste à frapper le flanc supérieur de la dent à tester approximativement horizontale du pignon bloqué en rotation, par une dent solidaire d'un outil verticalement mobile dans l'axe du burin en dessous de ce dernier, la dent de l'outil étant de forme sensiblement identique à celle de la dent à tester du pignon et logée dans l'espace entre cette dernière et la dent supérieure adjacente du pignon. Lorsque le pignon est à denture droite, la dent de l'outil a sensiblement le profil des dents de la denture droite du pignon. Lorsque le pignon est à denture hélicoïdale, la dent de l'outil a un profil en hélice correspondant au profil en hélice des dents de la denture hélicoïdale du pignon. Le procédé consiste à retirer la dent du pignon immédiatement inférieure à la dent à tester avant de débuter le lâcher de la masse frappante de manière à faciliter l'éjection de la dent testée après sa rupture. La dent retirée est de préférence située dans un plan horizontal. Le procédé consiste à déterminer l'énergie de rupture de la dent à tester du pignon à partir de paramètres mesurés, tels que la vitesse de chute de la masse frappante au moment de son impact sur le burin, la valeur de l'effort appliqué par la masse frappante au burin, la valeur de déplacement de la dent de l'outil provoquant la rupture de la dent du pignon, la hauteur de chute de la masse frappante, la valeur d'accélération du burin appliquée à l'outil lors de l'impact de la masse frappante sur le burin. La dent de l'outil est réalisée par électroérosion. L'invention vise également un dispositif d'évaluation de la résistance au choc d'une denture de pignons notamment pour boîte de vitesses de véhicule automobile, comprenant une masse constante suspendue pouvant être lâchée de plusieurs hauteurs différentes déterminées sur un burin verticalement mobile relativement à un bâti de support, de manière à répercuter l'effort de frappe de la masse frappante sur au moins une dent à tester d'un pignon fixé sur un socle du bâti, et qui est caractérisé en ce que le pignon est fixé sur un axe solidaire du socle et bloqué en rotation sur l'axe par un mors monté mobile relativement au socle et comportant à l'une de ses extrémités un secteur denté en engrènement avec des dents du pignon à une position de blocage du mors, et un outil monté verticalement mobile de façon guidée dans un boîtier solidaire du socle en regard du pignon et s'étendant coaxialement au burin en dessous de ce dernier, l'outil comportant à sa face tournée vers le pignon une dent de forme sensiblement identique à celle des dents du pignon et engagée entre deux dents adjacentes approximativement horizontales du pignon opposées au secteur denté du mors, la dent inférieure des deux dents servant de test au choc. L'outil a son extrémité supérieure solidaire d'un axe cylindrique coaxial au burin en contact avec l'extrémité inférieure du burin, est monté à coulissement guidé au travers d'une paroi supérieure du boîtier et est bilatéralement guidé en translation relativement au boîtier. L'outil comporte deux pions latéraux opposés s'engageant verticales boîtier. L'axerespectivement au travers de deux lumières de guidage de deux parois latérales du horizontal de support du pignon est solidaire d'une embase fixée au socle par bridage et à laquelle est monté à coulissement guidé le mors à secteur denté et le boîtier de support de l'outil à dent est fixé au socle par bridage. La masse frappante fait partie d'un mouton vertical. La dent de l'outil a sensiblement le profil des dents d'une denture droite du pignon ou le profil en hélice des dents d'une denture hélicoïdale du pignon. Le dispositif comprend en outre un capteur de mesure de la vitesse de chute verticale de la masse frappante au moment de son impact sur le burin, un capteur de mesure de l'effort appliqué par la masse frappante sur le burin, un capteur optique de mesure du déplacement de la dent de l'outil provoquant la rupture de la dent à tester du pignon par la masse frappant l'outil, un capteur de mesure de l'accélération du burin appliquée à l'outil lors de l'impact de la masse frappante sur le burin, ces capteurs étant reliés à un ensemble ordinateur permettant de calculer l'énergie de rupture de la dent à tester du pignon à partir des signaux fournis par les capteurs. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue de face d'un pignon subissant des essais de choc conformément à l'art antérieur pour déterminer l'énergie de rupture des dents de pignon; - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective du 35 dispositif de l'invention permettant d'évaluer la résistance au choc d'une denture de pignons; - la figure 4 est une vue en perspective agrandie suivant la flèche IV de la figure 3; - la figure 5 est une vue en perspective agrandie suivant la flèche V de la figure 4; -la figure 6 est une vue en perspective de l'outil à dent en hélice permettant d'évaluer la résistance au choc d'une denture hélicoïdale du pignon de la figure 5; - la figure 7 est une vue en coupe suivant la 10 ligne VII-VII de la figure 6; - la figure 8 est une vue de dessus suivant la flèche VIII de la figure 7; - la figure 9 est une vue de côté suivant la flèche IX de la figure 8; - la figure 10 est une vue de dessus semblable à celle de la figure 8 et représentant l'outil comportant une dent droite pour pignon à denture droite; - la figure 11 est une vue en coupe suivant la ligne XI-XI de la figure 10; - la figure 12 est une vue de côté suivant la flèche XII de la figure 11; et - la figure 13 est un schéma synoptique du principe de fonctionnement du dispositif de la figure 3. En se reportant aux figures, notamment à la figure 3, le dispositif permettant d'évaluer la résistance au choc d'une denture d'un pignon 1 notamment d'une boîte de vitesses d'un véhicule automobile, est du type à mouton vertical comprenant une masse M suspendue verticalement à un câble C enroulé sur une poulie P entraînée par un ensemble motoréducteur MR piloté par un boîtier de commande BC de montée et de descente de la masse frappante M, cette dernière pouvant reposer sur un support SM. Lorsque la masse M est lâchée, elle tombe sur un burin 2. La poulie P est solidaire de l'arbre de sortie de l'ensemble motoréducteur MR qui est fixé au bâti 3 du mouton vertical par tout moyen approprié. Le pignon 1 est du type à denture hélicoïdale et est monté par son moyeu sur un arbre horizontal solidaire d'un bloc formant embase 4 fixé au socle 5 du bâti 3 par des brides de fixation 6, l'embase 4 présentant en section transversale approximativement la forme d'un T renversé. Le pignon 1 est maintenu axialement sur son arbre de support par un ensemble de blocage à rondelle 7 et vis 8 fixé en bout de cet arbre. Pour bloquer en rotation le pignon vertical 1 sur son arbre de support, un mors 9 est monté mobile en translation en direction perpendiculaire à l'arbre de support du pignon 1 dans l'une des parois latérales verticales de l'embase 4 et comporte à l'une de ses extrémités un secteur denté 10 dont les dents ont un profil en hélice identique au profil en hélice des dents du pignon 1 de manière à venir en engrènement dans les dents du pignon 1 pour bloquer en rotation ce dernier une fois le mors 9 fixé à l'embase 4 par tout moyen approprié, tel que par exemple des vis de fixation. Pour assurer le guidage en translation du mors 9 relativement à l'embase 4, une rainure en queue d'aronde ou en T est usinée dans la paroi latérale de l'embase 4 et le mors 9 comporte un tenon de forme conjuguée s'engageant dans cette rainure. Une pièce 11 comportant un boîtier 13 est fixée par bridage au socle 5. Ce dernier peut être lui-même solidaire d'un plateau fixe 14 du bâti 3. Un outil 15 en forme générale de parallélépipède rectangle est monté verticalement coulissant dans le boîtier 13 et s'étend coaxialement au burin vertical 2 en dessous de celui-ci. L'outil 15 est bilatéralement guidé verticalement dans le boîtier 13 par deux pions latéraux 16 pouvant coulisser respectivement dans deux lumières verticales 17 réalisées au travers des parois latérales 13a du boîtier 13. Le boîtier 13 ne comporte pas de paroi verticale de liaison des parois latérales 13a disposées perpendiculairement à l'arbre de support du pignon 1 en regard de ce dernier et l'outil 15 fait en partie saillie des deux bords verticaux libres des parois 13a de manière à présenter une face externe en regard de la denture du pignon 1. Cette face de l'outil 15 comporte, solidaire de celle-ci, une dent 18 ayant sensiblement le même profil que chaque dent en hélice de la denture hélicoïdale du pignon 1. La dent 18 est logée dans l'espace entre deux dents consécutives la, lb du pignon 1 où la dent inférieure lb par rapport à la dent la est la dent à tester qui est approximativement horizontale. De préférence, la dent du pignon 1 se trouvant en dessous de la dent à tester lb et située dans un plan horizontal est retirée afin de faciliter l'éjection de la dent sollicitée lb après sa rupture. De préférence, la dent 18 de l'outil 15, contrairement aux dents du pignon 1, ne présente pas de flancs bombés. Lorsque logée entre deux dents consécutives du pignon 1, la dent 18 de l'outil 15 a son profil en contact avec la dent lb de forme sensiblement complémentaire à celle d'au moins une partie de la surface extérieure du profil de la dent à tester lb. Les figures 6 à 9 représentent l'outil 15 pourvu de la dent 18 en hélice comme représenté en figure 5 et les figures 10 à 12 représentent l'outil 15 pourvu d'une dent droite 18 d'un profil sensiblement identique au profil des dents d'une denture droite du pignon. L'outil 15 est pourvu d'un alésage interne 19 dans lequel est solidarisé un axe cylindrique 20 monté à coulissement au travers d'une pièce de guidage 21 fixée au-dessus des parois latérales 13a et arrière 13b du boîtier 13 et constituant la paroi supérieure de ce boîtier, les parois verticales 13a et 13b présentant en section transversale une forme en U. L'axe cylindrique 20 est prolongé en partie supérieure par une partie cylindrique de plus grand diamètre 22 et un embout supérieur cylindrique 23 d'un diamètre inférieur a la partie cylindrique 22. L'extrémité supérieure de l'embout 23 est en contact avec l'extrémité inférieure du burin cylindrique 2 monté à coulissement vertical dans une pièce cylindrique de guidage 24 solidaire d'une plaque horizontale 25 elle-même fixée au bâti 3. Deux amortisseurs à ressorts 26 sont solidaires de la plaque 25 en étant disposés de chaque côté du burin 2 de manière à amortir la chute de la masse M une fois que celle-ci a frappé le burin 2. Un capteur CE est disposé dans l'ensemble à partie cylindrique 22 et embout 23 de manière à mesurer l'effort appliqué par la masse M frappant le burin 2. Ce capteur d'effort est relié à un amplificateur de charge AC comme indiqué en figure 13. Un capteur CV est fixé au bâti 3a à un emplacement approprié pratiquement au niveau de l'extrémité libre supérieure du burin 2 de manière à déterminer la vitesse de chute verticale de la masse frappante M au moment de son impact sur le burin 2. Le capteur de vitesse CV est associé à une réglette RG de réglage de la position en hauteur de ce capteur relativement au bâti 3. Un drapeau DP est associé à la masse et passe devant le capteur CV au moment de l'impact de la masse M pour que le capteur CV fournisse une valeur de vitesse d'impact sur le burin 2. Un capteur optique CO est également prévu, par exemple dans le boîtier 13, pour détecter le déplacement de l'outil 15 et de la dent 18 et, par conséquent, de la dent lb située en dessous de la dent 18 lorsque la dent lb s'est rompue sous l'action de la masse frappante M. Un capteur CA de mesure de l'accélération du burin 2 appliquée à l'outil 15 lors de l'impact de la masse frappante M sur le burin 2, est également prévu dans l'ensemble à partie cylindrique 22 et embout 23. Un capteur infrarouge CI à réglage de hauteur RH relativement au bâti 3 et mobile en hauteur avec le motoréducteur MR permet de déterminer la hauteur de chute de la masse M. Tous les différents capteurs ci-dessus sont reliés à un système électronique d'acquisition SA qui transmet les signaux de sortie de ces capteurs à un ensemble ordinateur ou ordinateur domestique PC qui calcule l'énergie de rupture de la dent à tester lb du pignon 1 à partir de ces signaux et de l'une des formules mentionnées au début de la description. L'ordinateur PC envoie ensuite ses résultats à un système d'exploitation de données SED. Lorsque la masse frappante M est lâchée, elle tombe verticalement sur le burin 2 qui transmet son effort de frappe successivement à l'embout 23, à la partie cylindrique 22, à l'axe cylindrique 20 et à l'outil 15. Ce dernier transmet l'effort du choc de la masse M à la dent 18 répercutant cet effort sur le flanc supérieur de la dent lb du pignon 1. Au bout d'un certain nombre d'essais successifs de lâchés de hauteurs allant croissantes, capteurs et de l'ensemble la masse frappante M à le dispositif muni de ordinateur peut alors des ses calculer l'effort auquel 25 rompue ou selon lequel le le choc exercé par la dent De préférence, lala dent lb du pignon 1 sera pied de dent sera fissuré par 18 sur la dent lb du pignon 1. dent 18 de l'outil 15 est réalisée par électroérosion. Le dispositif de l'invention permet de tester efficacement la résistance à la rupture de dents de pignons par un positionnement précis de la dent de l'outil sur le flanc supérieur approximativement horizontal de la dent à tester du pignon. 11 REVENDICATIONS 1. Procédé d'évaluation de la résistance au choc d'une denture de pignons (1) notamment pour boîte de vitesses de véhicule automobile, consistant à lâcher verticalement une masse constante déterminée (M) à partir de plusieurs hauteurs différentes sur un burin verticalement mobile (2) répercutant l'effort de frappe de la masse tombante (M) sur au moins une dent à tester (lb) du pignon (1) fixé verticalement, caractérisé en ce qu'il consiste à frapper le flanc supérieur de la dent à tester approximativement horizontale (lb) du pignon (1) bloqué en rotation, par une dent (18) solidaire d'un outil (15) verticalement mobile dans l'axe du burin (2) en dessous de ce dernier, la dent (18) de l'outil (15) étant de forme sensiblement identique à celle de la dent à tester (lb) du pignon (1) et logée dans l'espace entre cette dernière et la dent supérieure adjacente (la) du pignon (1). 2. Procédé selon la revendication 1, où le pignon (1) est à denture droite, caractérisé en ce que la dent (18) de l'outil (15) a sensiblement le profil des dents de la denture droite du pignon (1). 3. Procédé selon la revendication 1, où le pignon (1) est à denture hélicoïdale, caractérisé en ce que la dent (18) de l'outil (15) a un profil en hélice correspondant au profil en hélice des dents de la denture hélicoïdale du pignon (1). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à retirer la dent du pignon immédiatement inférieure à la dent à tester (lb) avant de débuter le lâcher de la masse frappante (M) de manière à faciliter l'éjection de la dent testée (lb) après sa rupture. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la dent retirée est située dans un plan horizontal. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer l'énergie de rupture de la dent à tester (lb) du pignon (1) à partir de paramètres mesurés, tels que la vitesse de chute de la masse frappante (M) au moment de son impact sur le burin (2), la valeur de l'effort appliqué par la masse frappante (M) au burin (2), la valeur de déplacement de la dent (18) de l'outil (15) provoquant la rupture de la dent (lb) du pignon (1), la hauteur de chute de la masse frappante (M), la valeur d'accélération du burin (2) appliquée à l'outil (15) lors de l'impact de la masse frappante (M) sur le burin (2). 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser la dent (18) de l'outil (15) par électroérosion. 8. Dispositif d'évaluation de la résistance au choc d'une denture de pignons (1) notamment pour boîte de vitesses de véhicule automobile, comprenant une masse constante suspendue (M) pouvant être lâchée de plusieurs hauteurs différentes déterminées sur un burin (2) verticalement mobile relativement à un bâti de support (3), de manière à répercuter l'effort de frappe de la masse frappante (M) sur au moins une dent à tester (lb) d'un pignon (1) fixé sur un socle (5) du bâti (3), caractérisé en ce que le pignon (1) est fixé sur un axe solidaire du socle (5) et bloqué en rotation sur l'axe par un mors (9) monté mobile relativement au socle (5) et comportant à l'une de ses extrémités un secteur denté (10) en engrènement avec des dents du pignon (1) à une position de blocage du mors (9), et un outil (15) monté verticalement mobile de façon guidée dans un boîtier (13) solidaire du socle (5) en regard du pignon (1) et s'étendant coaxialement au burin (2) en dessous de ce dernier, l'outil (15) comportant à sa face tournée vers le pignon (1) une dent (18) de forme sensiblement identique à celle des dents du pignon et engagée entre deux dents adjacentes approximativement horizontales 2878330 13 (la,lb) du pignon (1) opposées au secteur denté (10) du mors (9), la dent inférieure (lb) des deux dents servant de test au choc. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'outil (15) a son extrémité supérieure solidaire d'un axe cylindrique (20) coaxial au burin (2) en contact avec l'extrémité inférieure du burin (2), est monté à coulissement guidé au travers d'une paroi supérieure (21) du boîtier (13) et est bilatéralement guidé en translation relativement au boîtier (13). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'outil (15) comporte deux pions latéraux opposés (16) s'engageant respectivement au travers de deux lumières verticales de guidage (17) de deux parois latérales (13a) du boîtier (13). 11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'axe horizontal de support du pignon (1) est solidaire d'une embase (4) fixée au socle (5) par bridage et à laquelle est monté à coulissement guidé le mors (9) à secteur denté (10) et en ce que le boîtier (13) de support de l'outil (15) à dent (18) est fixé au socle (5) par bridage. 12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la masse frappante (M) fait 25 partie d'un mouton vertical. 13. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que la dent (18) de l'outil (15) a sensiblement le profil des dents d'une denture droite du pignon (1) ou le profil en hélice des dents d'une denture hélicoïdale du pignon (1). 14. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur (CV) de mesure de la vitesse de chute verticale de la masse frappante (M) au moment de son impact sur le burin (2), un capteur (CE) de mesure de l'effort appliqué par la masse frappante (M) sur le burin (2), un capteur optique (CO) de mesure du déplacement de la dent (18) de l'outil (15) provoquant la rupture de la dent à tester (lb) du pignon (1) par la masse (M) frappant l'outil (15), un capteur (CA) de mesure de l'accélération du burin (2) appliquée à l'outil (15) lors de l'impact de la masse frappante (M) sur le burin (2), ces capteurs étant reliés à un ensemble ordinateur (PC) permettant de calculer l'énergie de rupture de la dent à tester (lb) du pignon (1) à partir des signaux fournis par les capteurs.