FR2685773A1 - Fretting test machine - Google Patents

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Abstract

The fretting test machine comprises two independent support and control assemblies for an upper test-piece (101) and a lower test-piece (102) placed in contact with each other. A reciprocating movement of the lower test-piece (102) is obtained by means of a support bar (115) suspended by two flexible blades (106) from a framework (120) and connected to a horizontal vibrating pot (113). The upper test-piece (101) is itself mounted on a support device fixed to the central part of a horizontal arm (108) mounted on the framework (120) via an articulation with elastic pivots, located in the vicinity of a first end (181) of the arm (108) carrying a balancing counterweight (111). The arm (108) is furthermore joined to the framework (120) by a horizontal linkage means (109) located in the vicinity of the second end (182), perpendicularly to the arm (108), a vertical fretting force and a horizontal tensile force are exerted in the vicinity of the second end (182). Sensors detect the displacement and the frequency of the horizontal to-and-fro movements of the support bar (115) as well as the tangential fretting force applied to the arm (108).

Description

Machine d'essais de fretting
Domaine de l'invention:
La présente invention concerne une machine d'essais de fretting capable de générer des phénomènes de fretting entre deux éprouvettes et pouvant être utilisée en recherche appliquée, pour le développement de nouveaux matériels ou encore pour des missions d'expertise, c'est-à-dire pour la reconstitution d'une dégradation qui s'est produite en service, et la détermination des circonstances de production de cette dégradation.
Fretting testing machine
Field of the invention:
The present invention relates to a fretting test machine capable of generating fretting phenomena between two test pieces and which can be used in applied research, for the development of new equipment or even for expert missions, that is to say say for the reconstruction of a degradation which occurred in service, and the determination of the circumstances of production of this degradation.

Le phénomène de fretting ou usure et fatigue sous faibles débattements est un type de dégradation de surface qui apparaît au niveau de la zone de contact de deux pièces, cette zone étant soumise à des sollicitations répétées de faibles amplitudes. The phenomenon of fretting or wear and fatigue under low deflections is a type of surface degradation which appears at the level of the contact zone of two parts, this zone being subjected to repeated stresses of small amplitudes.

On notera que les faibles débattements peuvent résulter d'un déplacement relatif des pièces dans la zone du contact ou d'une déformation élastique ou plastique des pièces dans la zone de contact et sans qu'il y ait nécessairement un déplacement relatif des zones de contact entre elles. It will be noted that the small deflections can result from a relative displacement of the parts in the contact zone or from an elastic or plastic deformation of the parts in the contact zone and without there necessarily being a relative displacement of the contact zones. between them.

Le fretting peut se manifester dans toute liaison mécanique soumise à des vibrations, soit hors fonctionnement, notamment pendant une opération de transport, soit pendant le fonctionnement notamment durant les phases transitoires. Fretting can manifest itself in any mechanical link subjected to vibrations, either out of operation, in particular during a transport operation, or during operation in particular during the transient phases.

Les composants mécaniques susceptibles d'être soumis à du fretting sont notamment les roulements et autres types de paliers, les arbres cannelés, les liaisons frettées. The mechanical components liable to be subjected to fretting are in particular bearings and other types of bearings, splined shafts, hoop connections.

Le phénomène d'endommagement dû au fretting est très pénalisant pour la tenue en service des mécanismes. I1 a deux conséquences principales:
- une usure des matériaux entraînant soit un blocage par accumulation de débris, soit un grippage, soit un jeu important entre les pièces de la liaison selon le comportement des particules d'usure (chimique, mécanique, dynamique),
- une diminution importante de la tenue en fatigue volumique des pièces consécutive à la fragilisation superficielle du matériau (amorce de fissures, dégradation de l'état de surface et de la structure).
The phenomenon of damage due to fretting is very penalizing for the maintenance in service of the mechanisms. It has two main consequences:
- wear of the materials resulting in either blockage by accumulation of debris, or seizure, or significant play between the parts of the connection depending on the behavior of the wear particles (chemical, mechanical, dynamic),
- A significant reduction in the volume fatigue strength of the parts following the surface embrittlement of the material (crack initiation, degradation of the surface state and of the structure).

Les phénomènes de fretting sont influencés par les propriétés et le comportement des matériaux dans lesquels sont réalisées les éprouvettes, par les conditions d'environnement dans lesquelles sont placées les éprouvettes et avant tout par les conditions de contact entre les éprouvettes : géométrie des éprouvettes, intensité des efforts tangentiels et normaux subis par les éprouvettes, amplitude, forme et fréquence des débattements, durée et nombre de cycles. Fretting phenomena are influenced by the properties and behavior of the materials in which the test pieces are made, by the environmental conditions in which the test pieces are placed and above all by the contact conditions between the test pieces: geometry of the test pieces, intensity tangential and normal forces undergone by the test specimens, amplitude, shape and frequency of deflections, duration and number of cycles.

Art antérieur:
On a déjà proposé divers types de machines permettant de simuler le phénomène de fretting à des fins d'étude.
Prior art:
Various types of machines have already been proposed for simulating the fretting phenomenon for study purposes.

On connaît ainsi, par un article de MM.IWABUCHI et HONDA, de l'Université de IWATA, paru dans la revue "ISME International Journal" n04, 1988 une machine de simulation de fretting qui est illustrée sur la figure 12 et dont le principe est représenté sur la figure 11. We thus know, by an article of MM.IWABUCHI and HONDA, of the University of IWATA, published in the review "ISME International Journal" n04, 1988 a fretting simulation machine which is illustrated on figure 12 and whose principle is shown in Figure 11.

Selon cette machine de simulation de fretting, une éprouvette principale 1, fixée sur un arbre 4 mobile longitudinalement, est mise en contact avec deux contre-éprouvettes 2,3 montées chacune sur une tige fixe parallèle à l'arbre mobile 4. Les éprouvettes 1,2,3 sont placées dans un bac 7 qui peut être rempli d'hélium liquide ou d'azote liquide, le bac 7 étant lui-même placé dans un cryostat 8 rempli d'azote liquide et placé sur un support 9. Un portique 10 supporte d'une part les tiges fixes verticales 5 et 6 à l'extrémité inférieure desquelles sont disposées les contre-éprouvettes 2,3, et un mécanisme d'actionnement de la tige mobile 4.Un bras horizontal 15 est articulé sur un support 16 et coopère avec un excentrique 17 pour conférer des mouvements alternatifs de déplacement axial à une tige verticale 14 et à l'arbre mobile 4 qui est relié à la tige 14 par l'intermédiaire d'un système de détection contenant divers capteurs d'effort de déplacement 11,12,13. According to this fretting simulation machine, a main test piece 1, fixed on a shaft 4 movable longitudinally, is brought into contact with two counter-test pieces 2,3 each mounted on a fixed rod parallel to the movable shaft 4. The test pieces 1 , 2,3 are placed in a tank 7 which can be filled with liquid helium or liquid nitrogen, the tank 7 itself being placed in a cryostat 8 filled with liquid nitrogen and placed on a support 9. A gantry 10 supports on the one hand the vertical fixed rods 5 and 6 at the lower end of which are arranged the test pieces 2,3, and a mechanism for actuating the movable rod 4. A horizontal arm 15 is articulated on a support 16 and cooperates with an eccentric 17 to impart alternating movements of axial displacement to a vertical rod 14 and to the movable shaft 4 which is connected to the rod 14 via a detection system containing various force sensors displacement 11.1 2.13.

Le fait que la vibration de fretting des éprouvettes soit produite par un excentrique implique l'existence de frottements parasites au niveau des liaisons intermédiaires, et susceptibles de créer des endommagements par des phénomènes de fretting non desirés, qui introduisent des erreurs dans les mesures et restreignent aux basses fréquences, le fretting réalisable entre éprouvettes. De plus, la mise en oeuvre d'une éprouvette principale mobile coopérant avec deux contre-éprouvettes ne permet pas de procéder à une analyse suffisamment précise des phénomènes car les deux phénomènes de fretting créés de part et d'autre de l'éprouvette principale ne sont pas indépendants. L'éprouvette principale transmet des efforts d'une contre éprouvette à l'autre et l'arbre 4 de support de l'éprouvette principale est luimême sujet à des vibrations transversales.L'application d'une force normale sur les contre-éprouvettes est peu précise du fait de la grande longueur des tiges 5,6 qui conduit à l'application d'une charge normale très éloignée de la zone de contact des éprouvettes. The fact that the fretting vibration of the test specimens is produced by an eccentric implies the existence of parasitic friction at the level of the intermediate connections, and likely to create damages by undesired fretting phenomena, which introduce errors into the measurements and restrict at low frequencies, the fretting achievable between specimens. In addition, the implementation of a movable main test piece cooperating with two test pieces does not allow a sufficiently precise analysis of the phenomena because the two fretting phenomena created on either side of the main test piece are not independent. The main specimen transmits forces from one counter specimen to the other and the shaft 4 for supporting the main specimen is itself subject to transverse vibrations. The application of a normal force on the counter specimens is imprecise because of the great length of the rods 5,6 which leads to the application of a normal load very far from the contact area of the test pieces.

Par ailleurs, la machine précitée présente une faible adaptabilité à des modes de fretting variés et se prête mal à une automatisation. Furthermore, the aforementioned machine has a low adaptability to various fretting modes and lends itself poorly to automation.

On connaît encore par la revue "WEAR" N 110 de 1986 une machine de simulation de fretting mise au point par S. SÔDERBERG. Une telle machine, qui est illustrée schématiquement sur la figure 13, comprend également une éprouvette centrale mobile 21 interposée entre deux contreéprouvettes fixes 22,23. Les mouvements axiaux alternatifs du support 24 de l'éprouvette centrale 21 sont produits à l'aide d'ultrasons créés à partir d'un générateur 28 à cristal piézoélectrique alimenté par un bloc d'alimentation 29 et associé à un amplificateur 27. Un palpeur photonique 30 détecte les mouvements de l'éprouvette centrale 21 et délivre des signaux à un amplificateur 31 permettant une observation à l'aide d'un oscilloscope 32. We also know from the review "WEAR" N 110 of 1986 a fretting simulation machine developed by S. SÔDERBERG. Such a machine, which is illustrated diagrammatically in FIG. 13, also comprises a movable central test piece 21 interposed between two fixed counter-test pieces 22, 23. The alternating axial movements of the support 24 of the central test piece 21 are produced using ultrasound created from a piezoelectric crystal generator 28 supplied by a power supply unit 29 and associated with an amplifier 27. A probe photonics 30 detects the movements of the central test piece 21 and delivers signals to an amplifier 31 allowing observation using an oscilloscope 32.

Une telle machine présente les mêmes inconvénients que celle de la figure 12 du fait même de la présence de trois éprouvettes et l'interprétation du phénomène de fretting créé est difficile du fait de couplages entre les efforts de contact et les efforts de volume. De plus, cette machine n'est pas facilement adaptable à des conditions de fonctionnement en dehors de la température ambiante. Such a machine has the same drawbacks as that of FIG. 12 by the very fact of the presence of three test pieces and the interpretation of the fretting phenomenon created is difficult due to couplings between the contact forces and the volume forces. In addition, this machine is not easily adaptable to operating conditions outside of ambient temperature.

Il est encore décrit dans la revue "WEAR", n106 de 1985, pages 303 à 313, une machine mise au point par R.B. WATERHOUSE et A. IWABUCHI et destinée à permettre l'étude de l'usure par fretting à haute température d'éprouvettes en alliage de titane. Une telle machine, dont la figure 14 est une représentation schématique, comprend une éprouvette plane inférieure 42 placée dans un support 43 monté sur un bâti fixe 44, et une éprouvette supérieure 41 qui est placée à l'extrémité d'un bras 45 et porte sur l'éprouvette inférieure 42 par une surface sphérique. Un pot vibrant 51 placé à l'extrémité arrière du bras 45 articulé sur un support fixe 40 confère au bras 45 et à l'éprouvette supérieure 41 de petits mouvements de déplacement alternatifs parallèIement au plan de contact de l'éprouvette inférieure 42. It is also described in the review "WEAR", n106 of 1985, pages 303 to 313, a machine developed by RB WATERHOUSE and A. IWABUCHI and intended to allow the study of wear by fretting at high temperature of titanium alloy test pieces. Such a machine, of which FIG. 14 is a schematic representation, comprises a lower flat test piece 42 placed in a support 43 mounted on a fixed frame 44, and an upper test piece 41 which is placed at the end of an arm 45 and carries on the lower test piece 42 by a spherical surface. A vibrating pot 51 placed at the rear end of the arm 45 articulated on a fixed support 40 gives the arm 45 and the upper specimen 41 small reciprocating movement movements parallel to the contact plane of the lower specimen 42.

Un accéléromètre 54, un détecteur de déplacement capacitif 52 et des jauges de contrainte 47 permettent de mesurer les forces normales et tangentielles exercées par le bras 45 et l'amplitude du déplacement. An accelerometer 54, a capacitive displacement detector 52 and strain gauges 47 make it possible to measure the normal and tangential forces exerted by the arm 45 and the amplitude of the displacement.

Le bras 45 est équipé d'un circuit de refroidissement 48 avec une entrée 49 et une sortie 50 pour l'eau de refroidissement. Un thermocouple 46 permet la mesure de température au voisinage des éprouvettes en contact 41,42. The arm 45 is equipped with a cooling circuit 48 with an inlet 49 and an outlet 50 for the cooling water. A thermocouple 46 allows the temperature measurement in the vicinity of the test specimens in contact 41,42.

Une telle machine ne présente pas les inconvénients des machines à trois éprouvettes ou des machines dans lesquelles les organes principaux introduisent eux-mêmes des frottements parasites. Toutefois la machine illustrée sur la figure 14, dans laquelle tous les efforts normaux et tangentiels sont appliqués par l'intermédiaire du bras 45, et qui comporte une éprouvette inférieure 42 directement liée au bâti 44 se prête difficilement à des adaptations à différents modes de fretting. L'environnement est limité à la température ambiante ou les hautes températures. Surtout, l'effort tangentiel de fretting ne peut être connu qu'individuellement au niveau du pot vibrant 51.La machine illustrée sur la figure 14 ne présente donc pas non plus toutes les qualités requises pour permettre la réalisation de divers modes de fretting ainsi que la mesure précise, commode et représentative des divers paramètres intéressant dans le phénomène de fretting. Such a machine does not have the drawbacks of machines with three test pieces or of machines in which the main members themselves introduce parasitic friction. However, the machine illustrated in FIG. 14, in which all the normal and tangential forces are applied via the arm 45, and which includes a lower test piece 42 directly linked to the frame 44 is difficult to adapt to different modes of fretting . The environment is limited to room temperature or high temperatures. Above all, the tangential fretting force can only be known individually at the level of the vibrating pot 51. The machine illustrated in FIG. 14 therefore does not therefore have all the qualities required to allow the realization of various modes of fretting as well as precise, convenient and representative measurement of the various parameters of interest in the fretting phenomenon.

Objet et description succincte de l'invention
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et de réaliser une machine d'essais de fretting qui soit capable de produire des modes de fretting variés en faisant intervenir tous les paramètres caractéristiques du phénomène de fretting de façon indépendante tant en ce qui concerne leur application aux éprouvettes, qu'en ce qui concerne leur mesure, la machine permettant d'obtenir une très haute précision en disposant des capteurs de la façon la plus optimale possible.
Subject and brief description of the invention
The object of the present invention is to remedy the aforementioned drawbacks and to produce a fretting test machine which is capable of producing various fretting modes by bringing into play all the parameters characteristic of the fretting phenomenon independently, both with regard to their application to test specimens, as regards their measurement, the machine making it possible to obtain very high precision by arranging the sensors in the most optimal way possible.

L'invention a encore pour but de réaliser une machine qui permette une adaptation aisée à des conditions d'environnements d'essai variées. Another object of the invention is to provide a machine which allows easy adaptation to various test environment conditions.

Ces buts sont atteints grâce à une machine d'essais de fretting, caractérisée en ce qu'elle comprend:
a) un bâti fixe,
b) un ensemble de support et de commande d'une éprouvette inférieure comportant:
bl) un portique rectangulaire vertical rigide constitué à partir de poutrelles verticales, d'une poutrelle horizontale supérieure et d'au moins une poutrelle horizontale inférieure sur la face supérieure de laquelle est encastrée ladite éprouvette inférieure,
b2) un support de portique comprenant au moins deux lames flexibles verticales parallèles qui sont disposées perpendiculairement au plan vertical défini par le portique, sont rattachées au bâti à leurs extrémités supérieures et supportent à leurs extrémités inférieures ladite poutrelle horizontale supérieure du portique,
b3) un pot vibrant dont le carter est fixé sur le bâti et dont l'organe actif horizontal est disposé dans l'alignement de la poutrelle horizontale supérieure du portique pour créer sur celle-ci un mouvement d'excitation de va et vient de faible amplitude et de fréquence prédéterminée selon la direction longitudinale de ladite poutrelle supérieure,
c) un ensemble de support et de commande d'une éprouvette supérieure comportant::
cl) un bras horizontal rigide perpendiculaire au plan vertical défini par le portique et passant approximativement au centre de ce portique,
c2) un dispositif de support qui est fixé à la partie centrale du bras horizontal et à la partie inférieure duquel est encastrée ladite éprouvette supérieure qui est placée en regard de ladite éprouvette inférieure,
c3) un dispositif de support et d'articulation du bras horizontal, situé au voisinage d'une première extrémité de ce bras et comprenant un cardan relié au bâti pour permettre une articulation du bras autour d'un axe vertical et d'un premier axe horizontal,
c4) un moyen d'application d'une force verticale de fretting dirigée vers le bas, située au voisinage de l'extrémité du bras opposée à ladite première extrémité,
c5) une contremasse d'équilibrage disposée à la première extrémité du bras, en porte-à-faux par rapport au dispositif de support et d'articulation,
d) un dispositif de maintien de bras comportant:
dl) un moyen de liaison horizontal perpendiculaire au bras rigide pour relier celui-ci au bâti par l'intermédiaire d'une première articulation autour d'un second axe horizontal, ledit moyen de liaison horizontal étant fixé au bras par l'intermédiaire d'une seconde articulation autour d'un troisième axe horizontal disposé entre le dispositif de support de l'éprouvette supérieure et ledit moyen d'application d'une force verticale de fretting,
d2) un moyen de traction horizontale pour exercer par l'intermédiaire d'une troisième articulation autour d'un quatrième axe horizontal, dans le prolongement du moyen de liaison horizontale, dans un sens d'éloignement par rapport au bâti, un effort tangentiel de maintien,
e) un dispositif de détection comprenant au moins:
el) un capteur de débattement et de fréquence des mouvements horizontaux de va et vient appliqués au portique supportant l'éprouvette inférieure,
e2) un capteur de l'effort tangentiel de fretting appliqué au bras horizontal supportant l'éprouvette supérieure
Afin d'accroître la fiabilité des essais, la zone de contact entre l'éprouvette supérieure et l'éprouvette inférieure, le premier axe horizontal d'articulation du bras défini par le dispositif de support et d'articulation, et au moins le troisième axe horizontal d'articulation du moyen de liaison horizontal sont approximativement situés dans un même plan horizontal, le premier axe horizontal et le troisième axe horizontal étant prependiculaires entre eux.
These goals are achieved by a fretting testing machine, characterized in that it comprises:
a) a fixed frame,
b) a support and control assembly for a lower test piece comprising:
bl) a rigid vertical rectangular gantry formed from vertical beams, an upper horizontal beam and at least one lower horizontal beam on the upper face of which said lower test piece is embedded,
b2) a gantry support comprising at least two parallel vertical flexible blades which are arranged perpendicular to the vertical plane defined by the gantry, are attached to the frame at their upper ends and support at their lower ends said upper horizontal girder of the gantry,
b3) a vibrating pot whose casing is fixed to the frame and whose horizontal active member is arranged in alignment with the upper horizontal beam of the gantry to create on it a movement of excitation back and forth of low amplitude and predetermined frequency in the longitudinal direction of said upper beam,
c) a support and control assembly for an upper test piece comprising:
cl) a rigid horizontal arm perpendicular to the vertical plane defined by the gantry and passing approximately at the center of this gantry,
c2) a support device which is fixed to the central part of the horizontal arm and to the lower part of which is embedded said upper test piece which is placed opposite said lower test piece,
c3) a support and articulation device for the horizontal arm, located in the vicinity of a first end of this arm and comprising a gimbal connected to the frame to allow articulation of the arm around a vertical axis and a first axis horizontal,
c4) a means for applying a vertical downwardly directed fretting force, located in the vicinity of the end of the arm opposite to said first end,
c5) a balancing counter arranged at the first end of the arm, cantilevered with respect to the support and articulation device,
d) an arm support device comprising:
dl) a horizontal connection means perpendicular to the rigid arm to connect the latter to the frame by means of a first articulation around a second horizontal axis, said horizontal connection means being fixed to the arm by means of a second articulation around a third horizontal axis disposed between the device for supporting the upper test piece and said means for applying a vertical fretting force,
d2) a means of horizontal traction for exerting, via a third articulation around a fourth horizontal axis, in the extension of the horizontal connection means, in a direction of separation from the frame, a tangential force of maintenance,
e) a detection device comprising at least:
el) a travel and frequency sensor for the horizontal back and forth movements applied to the gantry supporting the lower test piece,
e2) a sensor of the tangential fretting force applied to the horizontal arm supporting the upper specimen
In order to increase the reliability of the tests, the contact zone between the upper and lower test pieces, the first horizontal axis of articulation of the arm defined by the support and articulation device, and at least the third axis horizontal articulation of the horizontal connecting means are approximately located in the same horizontal plane, the first horizontal axis and the third horizontal axis being prependicular to each other.

La machine d'essais de fretting selon l'invention se caractérise ainsi par la présence de deux ensembles indépendants de support et de commande des éprouvettes et par la mise en oeuvre d'un dispositif de maintien qui à la fois évitent l'introduction de tout frottement parasite dans le fonctionnement de la machine et empêchent l'apparition de fretting dans des régions autres que la zone de contact entre les éprouvettes. The fretting testing machine according to the invention is thus characterized by the presence of two independent assemblies for supporting and controlling the test specimens and by the use of a holding device which both avoids the introduction of any parasitic friction in the operation of the machine and prevents the appearance of fretting in regions other than the contact zone between the test pieces.

L'obtention d'un mouvement alternatif de l'éprouvette inférieure par l'intermédiaire d'un portique suspendu par deux lames élastiques et le montage du bras sur une articulation à pivots élastiques garantissent qu'aucune erreur due au frottement n'est introduite dans les mesures et que le fonctionnement des divers organes de la machine sont exempts de fretting, qui serait de nature à perturber gravement le mode de fretting recherché entre les deux éprouvettes. Obtaining a reciprocating movement of the lower test piece via a gantry suspended by two elastic blades and mounting the arm on an articulation with elastic pivots guarantee that no error due to friction is introduced into the measurements and that the operation of the various organs of the machine are free from fretting, which would be likely to seriously disturb the desired mode of fretting between the two test pieces.

Les éprouvettes qui sont encastrées dans des supports peuvent être massives et présenter un volume important, de manière à empêcher des déformations de ces éprouvettes lors de la transmission des efforts de fretting. The test pieces which are embedded in supports can be massive and have a large volume, so as to prevent deformations of these test pieces during the transmission of fretting forces.

Les deux ensembles de support des éprouvettes inférieure et supérieure sont reliées au bâti de façon indépendante l'un de l'autre et n'ont pas d'organe commun ce qui, ajouté au fait que ces ensembles sont disposés selon deux plans perpendiculaires, donne la possibilité de créer, pratiquement tous les modes de fretting et d'effectuer la mesure directe de tous les paramètres caractérisant le phénomène de fretting créé, dans de bonnes conditions de précision et notamment à proximité immédiate de la zone de contact. The two sets of support for the lower and upper test pieces are connected to the frame independently of each other and have no common member which, added to the fact that these sets are arranged in two perpendicular planes, gives the possibility of creating, practically all the modes of fretting and of carrying out the direct measurement of all the parameters characterizing the phenomenon of fretting created, in good conditions of precision and in particular in the immediate vicinity of the contact zone.

Avantageusement, le bâti comprend une structure principale en forme d'équerre comportant au moins une aile horizontale et une aile verticale frontale
Dans ce cas , selon un mode de réalisation préférentiel, le portique rectangulaire vertical est disposé perpendiculairement à l'aile verticale du bâti, du côté opposé à l'aile horizontale, le carter du pot vibrant est fixé sur l'aile horizontale du bâti, l'organe actif horizontal du pot vibrant est disposé face à une ouverture ménagée dans l'aile verticale frontale, pour créer, par l'intermédiaire d'une rallonge, à travers ladite aile verticale et sans contact avec celle ci, ledit mouvement d'excitation de va-et-vient de faible amplitude sur la poutrelle horizontale supérieure du portique selon une direction horizontale essentiellement perpendiculaire à ladite aile verticale et les lames flexibles auxquelles est suspendue la poutrelle horizontale supérieure du portique sont parallèles à l'aile verticale du bâti et fixées à leur partie supérieure sur une console fixée sur l'aile verticale du batî du coté opposé à l'aide horizontale.
Advantageously, the frame comprises a main square-shaped structure comprising at least one horizontal wing and a vertical front wing
In this case, according to a preferred embodiment, the vertical rectangular gantry is arranged perpendicular to the vertical wing of the frame, on the side opposite to the horizontal wing, the housing of the vibrating pot is fixed on the horizontal wing of the frame, the horizontal active member of the vibrating pot is disposed facing an opening in the front vertical wing, to create, by means of an extension, through said vertical wing and without contact with it, said movement of low amplitude back-and-forth excitation on the upper horizontal beam of the gantry in a horizontal direction essentially perpendicular to said vertical wing and the flexible blades to which the upper horizontal beam of the gantry is suspended are parallel to the vertical wing of the frame and fixed at their upper part on a console fixed on the vertical wing of the building on the opposite side with the horizontal aid.

La machine selon l'invention peut en outre comprendre un bac contenant un fluide donné, lequel bac est situé sous le bras horizontal pour recevoir la partie inférieure du portique supportant l'éprouvette inférieure et la partie inférieure du dispositif de support dans lequel est encastrée l'éprouvette supérieure de manière à permettre la simulation du phénomène de fretting au sein dudit fluide. The machine according to the invention may further comprise a tank containing a given fluid, which tank is located under the horizontal arm to receive the lower part of the gantry supporting the lower test piece and the lower part of the support device in which is embedded l 'upper specimen so as to allow the simulation of the fretting phenomenon within said fluid.

Le bac peut contenir un fluide cryotechnique tel que de l'azote liquide ou de l'helium liquide. The tank can contain a cryogenic fluid such as liquid nitrogen or liquid helium.

Selon un agencement avantageux, la structure principale en forme d'équerre est placée sur une table, l'aile verticale frontale étant située au voisinage du rebord de la table, et le bac est placé sur un dispositif de déplacement vertical du bac. According to an advantageous arrangement, the main structure in the form of a square is placed on a table, the front vertical wing being located in the vicinity of the edge of the table, and the container is placed on a device for vertical displacement of the container.

La machine selon l'invention permet la mesure directe de tous les paramètres caractérisant le mode de fretting créé. The machine according to the invention allows direct measurement of all the parameters characterizing the fretting mode created.

Ainsi, selon une caractéristique particulière, le capteur de débattement est disposé entre une poutrelle verticale du portique et le dispositif de support dans lequel est encastrée l'éprouvette supérieure. Thus, according to a particular characteristic, the displacement sensor is disposed between a vertical beam of the gantry and the support device in which the upper test piece is embedded.

Un capteur de l'effort normal de fretting appliqué aux deux éprouvettes par l'intermédiaire du bras horizontal est disposé sous l'éprouvette inférieure et fixé dans la poutrelle horizontale inférieure. Le capteur de l'effort normal de fretting peut être tridimensionnel et peut alors constituer également le capteur d'effort tangentiel de fretting. A sensor of the normal fretting force applied to the two test pieces via the horizontal arm is placed under the lower test piece and fixed in the lower horizontal beam. The normal fretting force sensor can be three-dimensional and can then also constitute the tangential fretting force sensor.

Selon un autre mode de réalisation, le capteur d'effort tangentiel de fretting est incorporé dans ledit moyen de liaison horizontal disposé entre le dispositif de support de l'éprouvette supérieure et ledit moyen d'application d'une force verticale de fretting pour mesurer l'effort tangentiel de maintien exercé sur le bras horizontal rigide. According to another embodiment, the tangential fretting force sensor is incorporated in said horizontal connection means arranged between the support device for the upper test piece and said means for applying a vertical fretting force to measure the tangential holding force exerted on the rigid horizontal arm.

Le capteur de déplacement placé à proximité immédiate de l'éprouvette supérieure permet de détecter à la fois l'amplitude des débattements dus aux sollicitations tangentielles et leur fréquence. The displacement sensor placed in the immediate vicinity of the upper test piece makes it possible to detect both the amplitude of the deflections due to the tangential stresses and their frequency.

Le capteur d'effort tangentiel placé dans le dispositif de maintien, entre le bras et le bâti, peut être constitué par exemple par un capteur piézoélectrique ou une jauge de contrainte. The tangential force sensor placed in the holding device, between the arm and the frame, can be constituted for example by a piezoelectric sensor or a strain gauge.

Le capteur d'effort normal de fretting exercé par l'éprouvette supérieure sur l'éprouvette inférieure peut donner des informations d'autant plus fiables, en ce qui concerne l'intensité de la force appliquée et sa fréquence, que ce capteur est constitué par un capteur piézoélectrique placé sous l'éprouvette inférieure. The sensor of normal fretting force exerted by the upper test piece on the lower test piece can give information all the more reliable, as regards the intensity of the applied force and its frequency, that this sensor is constituted by a piezoelectric sensor placed under the lower test piece.

Un capteur de déplacement peut encore être disposé verticalement entre le bras, au dessous de celui-ci, à proximité des éprouvettes, et une console solidaire du bâti. A displacement sensor can also be arranged vertically between the arm, below the latter, near the test pieces, and a console secured to the frame.

Dans tous les cas, les capteurs mentionnés ci-dessus permettent bien de mesurer les paramètres résultant du phénomène de fretting, et non les paramètres appliqués pour le créer. In all cases, the sensors mentioned above make it possible to measure the parameters resulting from the fretting phenomenon, and not the parameters applied to create it.

Toutefois, il est également possible selon l'invention de mettre en oeuvre, indépendamment des capteurs qui expriment les caractéristiques de fretting proprement dits (débattement, fréquence, force), un dispositif de surveillance en vue de s'assurer que le mode de fretting choisi est bien réalisé ou que les phénomènes qui sont de nature à perturber les mesures restent dans les valeurs de tolérance acceptables. However, it is also possible according to the invention to implement, independently of the sensors which express the fretting characteristics proper (travel, frequency, force), a monitoring device in order to ensure that the chosen fretting mode is well done or that the phenomena which are likely to disturb the measurements remain within the acceptable tolerance values.

A titre d'exemple, un capteur de déplacement peut-être installé dans le dispositif de maintien du bras horizontal pour contrôler d'éventuelles modifications de la position horizontale de ce bras. De même, à titre d'exemple, il est possible de mettre en oeuvre un capteur de mesure des vibrations auxquelles est soumis le portique pour vérifier l'absence de couplage avec la fréquence du pot vibrant. By way of example, a displacement sensor can be installed in the device for holding the horizontal arm to monitor possible modifications to the horizontal position of this arm. Likewise, by way of example, it is possible to use a sensor for measuring the vibrations to which the gantry is subjected in order to verify the absence of coupling with the frequency of the vibrating pot.

Un tel capteur de mesure de vibrations est avantageusement disposé à l'une des extrémités de la poutrelle horizontale inférieure du portique sensiblement dans le plan contenant la zone de contact entre l'éprouvette supérieure et l'éprouvette inférieure. Such a vibration measurement sensor is advantageously disposed at one end of the lower horizontal beam of the gantry substantially in the plane containing the contact area between the upper test piece and the lower test piece.

La machine selon l'invention peut présenter diverses variantes de réalisation. The machine according to the invention can have various variant embodiments.

Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif de support et d'articulation du bras horizontal est constitué par un cardan élastique comprenant une pièce centrale verticale montée sur le bras horizontal au moyen de deux pivots élastiques alignés verticalement et traversée par un axe horizontal lui-même monté à l'aide d'une douille à lames élastiques sur une chape solidaire du bâti. According to a particular embodiment, the support and articulation device of the horizontal arm is constituted by an elastic cardan joint comprising a vertical central part mounted on the horizontal arm by means of two elastic pivots aligned vertically and crossed by a horizontal axis itself even mounted using a sleeve with elastic blades on a clevis secured to the frame.

Le dispositif de maintien du bras horizontal peut être réalisé à partir de câbles tendus par des masses ou à partir de tringles articulées au moyen de rotules. The device for holding the horizontal arm can be made from cables stretched by masses or from rods articulated by means of ball joints.

Le moyen d'application d'une force verticale de fretting dirigée vers le bas peut comprendre une masse suspendue à un câble, un ressort, ou encore un deuxième pot vibrant dont le carter est fixé par ailleurs au bâti. The means for applying a vertical fretting force directed downwards may comprise a mass suspended from a cable, a spring, or even a second vibrating pot, the casing of which is also fixed to the frame.

Selon une caractéristique particulière destinée à accroître la fiabilité et la précision des mesures, des surfaces de référence sont formées sur le dispositif de support dans lequel est encastrée l'éprouvette supérieure ou le portique de support de l'éprouvette inférieure et sur le bâti pour permettre la vérification du parallèlisme des surfaces recevant les éprouvettes supérieure et inférieure ainsi que la perpendicularité des efforts normaux et tangentiels. According to a particular characteristic intended to increase the reliability and the accuracy of the measurements, reference surfaces are formed on the support device in which the upper test piece or the support frame for the lower test piece is embedded and on the frame to allow checking the parallelism of the surfaces receiving the upper and lower specimens as well as the perpendicularity of the normal and tangential forces.

Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels:
- la figure 1 est une vus schématique en perspective montrant le principe d'une machine de simulation de fretting conforme à l'invention,
- la figure 1A est une vue de détail montrant un exemple de formes d'éprouvettes utilisabIes avec la machine selon l'invention,
- la figure 2 est une vue de face avec coupe partielle, d'un exemple de machine de simulation de fretting selon l'invention,
la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2,
- la figure 4 est une vue agrandie d'une partie de la figure 2 montrant les ensembles de support des deux éprouvettes,
- la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 5 et montre une variante de réalisation,
- la figure 6 est une coupe partielle selon la ligne VI-VI de la figure 5,
- la figure 7 est une vue partielle de gauche de la machine de la figure 2 montrant un exemple de dispositif d'application des efforts tangentiels et normaux sur le bras de support de l'éprouvette supérieure,
- la figure 8 est une vue de détail en coupe selon le plan VIII-VIII de la figure 9, montrant un exemple de cardan élastique utilisable pour le support et l'articulation du bras de support de l'éprouvette supérieure,
- les figures 9 et 10 sont des vues en coupe respectivement selon les lignes IX-IX et X-X de la figure 9,
- la figure 11 est une vue en élévation montrant le principe connu de l'association de trois éprouvettes pour l'étude du phénomène de fretting,
- la figure 12 est une vue schématique en élévation montrant une machine connue de simulation de fretting utilisant trois éprouvettes conformément à la figure 11,
- la figure 13 est une vue schématique en élévation d'une autre machine connue de simulation de fretting utilisant trois éprouvettes,
- la figure 14 est une vue schématique en élévation montrant encore une autre machine connue de simulation de fretting utilisant une éprouvette fixe et une éprouvette mobile,
- la figure 15 est une courbe montrant l'évolution du taux d'usure des éprouvettes en fonction du débattement lors de l'étude du fretting, et
- la figure 16 est une courbe montrant l'évolution du taux d'usure en fonction du nombre de cycles de mouvements appliqués à des éprouvettes lors de l'étude du fretting.
Brief description of the drawings
Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the following description of particular embodiments, given by way of nonlimiting examples, with reference to the appended drawings, in which:
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the principle of a fretting simulation machine according to the invention,
FIG. 1A is a detailed view showing an example of shapes of test pieces usable with the machine according to the invention,
FIG. 2 is a front view with partial section, of an example of a fretting simulation machine according to the invention,
FIG. 3 is a sectional view along line III-III of FIG. 2,
FIG. 4 is an enlarged view of part of FIG. 2 showing the support assemblies of the two test pieces,
FIG. 5 is a view similar to that of FIG. 5 and shows an alternative embodiment,
FIG. 6 is a partial section along the line VI-VI of FIG. 5,
FIG. 7 is a partial left view of the machine in FIG. 2 showing an example of a device for applying tangential and normal forces to the support arm of the upper test piece,
FIG. 8 is a detailed view in section along the plane VIII-VIII of FIG. 9, showing an example of an elastic gimbal usable for the support and the articulation of the support arm of the upper test piece,
FIGS. 9 and 10 are sectional views respectively along lines IX-IX and XX of FIG. 9,
FIG. 11 is an elevation view showing the known principle of the association of three test tubes for the study of the fretting phenomenon,
FIG. 12 is a diagrammatic elevation view showing a known machine for simulating fretting using three test pieces in accordance with FIG. 11,
FIG. 13 is a schematic elevation view of another known machine for simulating fretting using three test pieces,
FIG. 14 is a schematic elevation view showing yet another known machine for simulating fretting using a fixed test piece and a mobile test piece,
FIG. 15 is a curve showing the change in the rate of wear of the test pieces as a function of the clearance during the study of fretting, and
- Figure 16 is a curve showing the evolution of the wear rate as a function of the number of cycles of movements applied to test pieces during the study of fretting.

Description détaillée de modes particuliers de réalisation
Afin d'illustrer les lois représentatives du phénomène de fretting qui correspondent à une usure et une fatigue apparaissant au niveau de la zone de contact de deux pièces soumises à des sollicitations répétées de faible amplitude, on a représenté sur les figures 15 et 16 des courbes correspondant à un mode de fretting courant, tel qu'il peut se produire dans un roulement par exemple.
Detailed description of particular embodiments
In order to illustrate the laws representative of the fretting phenomenon which correspond to wear and fatigue appearing at the level of the contact zone of two parts subjected to repeated stresses of low amplitude, curves 15 and 16 are shown in FIGS. corresponding to a common fretting mode, such as it can occur in a bearing for example.

La figure 15 montre l'évolution du taux d'usure en fonction de l'amplitude du déplacement ou débattement entre les deux pièces soumises à des sollicitations cycliques. Figure 15 shows the evolution of the wear rate as a function of the amplitude of the movement or travel between the two parts subjected to cyclic stresses.

Le phénomène de fretting peut se produire même pour des amplitudes tangentielles très faibles, de l'ordre d'une fraction de micromètre, voire nulles lorsque les vibrations sont uniquement consécutives à des déformations des zones de contact par compression cyclique. The fretting phenomenon can occur even for very low tangential amplitudes, of the order of a fraction of a micrometer, or even zero when the vibrations are only consecutive to deformations of the contact zones by cyclic compression.

On voit sur la figure 15 que l'on peut distinguer sur une courbe d'usure fonction de l'amplitude tangentielle deux zones A et B séparées par un seuil D1 dont la valeur varie avec le nombre de cycles effectués. We see in Figure 15 that we can distinguish on a wear curve depending on the tangential amplitude two zones A and B separated by a threshold D1 whose value varies with the number of cycles performed.

Dans la zone A correspondant aux très faibles amplitudes, la fatigue a un caractère prépondérant dans le fretting, mais l'usure apparaît linéairement fonction de l'amplitude. In zone A corresponding to very low amplitudes, fatigue has a preponderant character in fretting, but wear appears linearly as a function of amplitude.

Après passage du seuil D1, dans la zone C on a affaire à un phénomène d'usure classique. After crossing threshold D1, in zone C we are dealing with a classic wear phenomenon.

La figure 16 montre un exemple d'évolution du taux d'usure en présence de fretting, en fonction du nombre de cycles des sollicitations appliquées. Figure 16 shows an example of change in the wear rate in the presence of fretting, depending on the number of cycles of stresses applied.

On voit sur la figure 16 trois stades d'évolution D,E,F séparés par des seuils N1 et N2. Dans le premier stade D, la déformation plastique de l'une des deux éprouvettes en contact soumises à des sollicitations de faible amplitude, est importante et le taux d'usure est très élevé. Dans le deuxième stade E, le taux d'usure est assez bas, du fait d'une meilleure concordance des surfaces qui contribue à répartir plus uniformément les efforts. Dans le troisième stade F, on constate une augmentation progressive de l'usure qui correspond à la formation de débris libres par fissuration. We see in Figure 16 three stages of evolution D, E, F separated by thresholds N1 and N2. In the first stage D, the plastic deformation of one of the two test specimens in contact subjected to stresses of small amplitude is significant and the wear rate is very high. In the second stage E, the wear rate is quite low, because of a better agreement of the surfaces which contributes to distribute the forces more uniformly. In the third stage F, there is a progressive increase in wear which corresponds to the formation of free debris by cracking.

Les paramètres intervenant dans les phénomènes de fretting sont nombreux et concernent essentiellement les conditions de contact, les conditions d'environnement et les matériaux. The parameters involved in fretting phenomena are numerous and relate mainly to contact conditions, environmental conditions and materials.

En ce qui concerne les conditions de contact, il convient lors de l'étude du phénomène de fretting sur des éprouvettes ou échantillons de pouvoir contrôler tout au long des essais les efforts tangentiels et normaux exercés sur ces éprouvettes et donc de pouvoir ajuster et mesurer la charge exercée, le débattement, la fréquence des sollicitations, la durée et le nombre de cycles. La géométrie des éprouvettes déterminant également les conditions de contact, il est souhaitable de pouvoir facilement conduire des essais avec des éprouvettes de géométrie différente et de pouvoir également contrôler l'évolution de la géométrie des éprouvettes lors des essais. With regard to the contact conditions, it is advisable during the study of the fretting phenomenon on test pieces or samples to be able to control throughout the tests the tangential and normal forces exerted on these test pieces and therefore to be able to adjust and measure the load, deflection, frequency of stresses, duration and number of cycles. The geometry of the test pieces also determining the contact conditions, it is desirable to be able to easily conduct tests with test pieces of different geometry and to also be able to control the evolution of the geometry of the test pieces during the tests.

Les conditions d'environnement susceptibles d'affecter le phénomène de fretting se traduisent essentiellement par les paramètres suivants : la température, l'humidité, le potentiel chimique, la lubrification, la présence de particules ou débris soit préexistants soit produits par le phénomène de fretting lui-même. Ces paramètres, mesurables avant et après l'essai peuvent aussi le cas échéant être surveillés pendant l'essai. The environmental conditions liable to affect the fretting phenomenon are essentially expressed by the following parameters: temperature, humidity, chemical potential, lubrication, the presence of particles or debris either pre-existing or produced by the fretting phenomenon himself. These parameters, which can be measured before and after the test, can also be monitored during the test if necessary.

Les paramètres relatifs aux propriétés et comportements des matériaux des éprouvettes soumises à des essais de fretting, qui sont mesurables avant et après un essai, comprennent essentiellement la dureté, la résistance mécanique, la fatigue, l'oxydation, la corrosion, la propagation de fissures, la ductilité, les propriétés adhésives. The parameters relating to the properties and behaviors of the materials of test specimens subjected to fretting tests, which are measurable before and after a test, essentially include hardness, mechanical resistance, fatigue, oxidation, corrosion, propagation of cracks , ductility, adhesive properties.

La machine de simulation de fretting selon l'invention vise à permettre la prise en compte commode de l'ensemble des divers paramètres indiqués cidessus en les réalisant, et en permettant leur mesure, soit en cours d'essai, soit par examen des éprouvettes après essai, et à éviter que des phénomènes de fretting parasites soient créés en dehors de la zone de contact entre les éprouvettes. The fretting simulation machine according to the invention aims to allow the convenient taking into account of all of the various parameters indicated above by carrying them out, and allowing their measurement, either during the test, or by examination of the test pieces after test, and to avoid parasitic fretting phenomena being created outside the contact zone between the test pieces.

On décrira d'abord en référence à la figure 1 le schéma de principe d'une machine d'essais de fretting selon l'invention destinées à permettre de simuler dans des conditions déterminées et adaptables, par l'application de sollicitations répétées, un phénomène de fretting entre deux éprouvettes 101, 102 présentant une zone de contact. We will first describe with reference to Figure 1 the block diagram of a fretting test machine according to the invention intended to simulate under determined and adaptable conditions, by the application of repeated stresses, a phenomenon of fretting between two test pieces 101, 102 having a contact area.

Les éprouvettes inférieure 102 et supérieure 101 peuvent présenter des formes diverses et peuvent par exemple définir des contacts plan sur plan, horizontaux ou inclinés, des contacts bille ou cylindre sur plan horizontal ou incliné, ou encore des contacts bille ou cylindre sur cylindre ou sphère, avec des concavités tournées dans le même sens ou non. The lower 102 and upper 101 test pieces can have various shapes and can, for example, define planar contacts on plane, horizontal or inclined, ball or cylinder contacts on horizontal or inclined plane, or else ball or cylinder contacts on cylinder or sphere, with concavities turned in the same direction or not.

A titre d'exemple sur la figure 1 et la figure 1A, on a représenté une éprouvette supérieure 101 en forme de pion présentant une surface de contact sphérique 101A, et une éprouvette inférieure 102 plane.  By way of example in FIG. 1 and FIG. 1A, an upper test piece 101 in the form of a pawn is shown having a spherical contact surface 101A, and a lower test piece 102 is flat.

La machine de la figure 1 comprend un bâti, non représenté, auquel sont suspendues deux lames flexibles parallèles 106 à la partie inférieure desquelles est suspendu un ensemble de support et de commande de l'éprouvette inférieure 102. Cet ensemble de support comprend essentiellement un portique vertical rectangulaire 115 formé de deux poutrelles verticales 105, d'une poutrelle horizontale supérieure 107 perpendiculaire aux deux lames flexibles 106 et d'une poutrelle inférieure 104 parallèle à la poutrelle 107 et supportant l'éprouvette inférieure 102. The machine of FIG. 1 comprises a frame, not shown, to which are suspended two flexible flexible blades 106 from the lower part of which hangs a support and control assembly for the lower test piece 102. This support assembly essentially comprises a gantry vertical rectangular 115 formed by two vertical beams 105, an upper horizontal beam 107 perpendicular to the two flexible blades 106 and a lower beam 104 parallel to the beam 107 and supporting the lower test piece 102.

La poutrelle horizontale supérieure 107 est reliée à la sortie d'un excitateur, tel qu'un pot vibrant 113 (représenté sur la figure 3) qui exerce sur la poutrelle 107 une excitation E dans le sens axial de cette poutrelle 107 pour provoquer au niveau de l'éprouvette inférieure 102 un débattement D sous la forme d'un mouvement de déplacement horizontal alternatif de faible amplitude et de fréquence déterminée dans le plan du portique 115. The upper horizontal beam 107 is connected to the output of an exciter, such as a vibrating pot 113 (shown in FIG. 3) which exerts on the beam 107 an excitation E in the axial direction of this beam 107 to cause the level of the lower test piece 102 a movement D in the form of an alternative horizontal displacement movement of small amplitude and frequency determined in the plane of the gantry 115.

On notera qu'un pot vibrant offre de larges facilités de réglage permettant de choisir et d'ajuster la fréquence, la forme du signal et l'amplitude de la sollicitation tangentielle horizontale. En ce qui concerne la forme du signal, on peut notamment avoir un bruit blanc, un signal sinusoïdal, rectangulaire ou triangulaire ou encore un battement autour d'une fréquence. It will be noted that a vibrating pot offers wide adjustment facilities allowing to choose and adjust the frequency, the shape of the signal and the amplitude of the horizontal tangential stress. As regards the shape of the signal, it is possible in particular to have white noise, a sinusoidal, rectangular or triangular signal or else a beat around a frequency.

Un ensemble de support et de commande de l'éprouvette supérieure 101 est rattaché au bâti d'une façon tout-à-fait indépendante de l'ensemble de support et de commande de l'éprouvette inférieure 102. Cet ensemble de support de l'éprouvette supérieure 101 comprend essentiellement un bras horizontal 108 qui est perpendiculaire au plan défini par le portique rectangulaire 115, qui passe approximativement au milieu du portique et se trouve articulé par rapport au bâti au voisinage de l'une de ses extrémités par une articulation à la cardan 110 autour de deux axes de pivotement orientés horizontalement et verticalement. A support and control assembly for the upper test piece 101 is attached to the frame in a completely independent manner from the support and control assembly for the lower test piece 102. This support assembly for the upper test piece 101 essentially comprises a horizontal arm 108 which is perpendicular to the plane defined by the rectangular gantry 115, which passes approximately in the middle of the gantry and is articulated relative to the frame in the vicinity of one of its ends by an articulation at the gimbal 110 around two pivot axes oriented horizontally and vertically.

Dans le plan du portique 115, le bras 108 porte à sa partie inférieure un dispositif de support ou mandrin 103 dans lequel est encastrée l'éprouvette supérieure 101, laquelle est mise en contact avec l'éprouvette inférieure 102 en position de travail. In the plane of the gantry 115, the arm 108 carries at its lower part a support device or mandrel 103 in which is embedded the upper test piece 101, which is brought into contact with the lower test piece 102 in the working position.

Un moyen 119 d'application d'un effort normal de fretting N dirigé vers le bas est fixé au voisinage de Extrémité du bras longitudinal 108 qui est opposée à l'articulation 110.  A means 119 for applying a normal downwardly directed fretting force N is fixed in the vicinity of the end of the longitudinal arm 108 which is opposite the articulation 110.

Un contrepoids 111 équilibre Ie bras 108 lorsque l'effort normal de fretting N n'est pas appliqué, et permet l'ouverture du bras 108 jusqu'à la poutre supérieure 107 du portique 115, ce qui dégage un large espace pour les échanges d'éprouvettes 101, 102 ou de capteurs, tels que le capteur de déplacement 161 qui peut être placé entre une poutrelle verticale 105 et le dispositif de support 103. A counterweight 111 balances the arm 108 when the normal fretting force N is not applied, and allows the arm 108 to open up to the upper beam 107 of the gantry 115, which frees up a large space for exchanges of 'test pieces 101, 102 or sensors, such as the displacement sensor 161 which can be placed between a vertical beam 105 and the support device 103.

Un dispositif de maintien 109 du bras 108 relie celui-ci au bâti selon une direction horizontale et permet d'exercer sur le bras 108 une force tangentielle T contrôlée dirigée vers l'extérieur du bâti. Le point d'attache du dispositif de maintien 109 est situé entre le dispositif 103 de support de l'éprouvette supérieure 101 et l'extrémité du bras 108 où est appliqué l'effort normal. A holding device 109 for the arm 108 connects the latter to the frame in a horizontal direction and makes it possible to exert on the arm 108 a controlled tangential force T directed towards the outside of the frame. The attachment point of the holding device 109 is located between the device 103 for supporting the upper test piece 101 and the end of the arm 108 where the normal force is applied.

On décrira maintenant de façon plus particulière en référence aux figures 2 à 10 un exemple de machine d'essais de fretting selon l'invention, dont la conception vise à permettre notamment une grande accessibilité aux divers organes et une facilité d'adaptation de la machine aux essais prévus , tout en garantissant, compte tenu notamment du principe d'indépendance des ensembles qui supportent les éprouvettes inférieure et supérieure, une bonne représentabilité et une haute précision des mesures pour divers modes de fretting possibles. A more specific description will now be given with reference to FIGS. 2 to 10 of an example of a fretting testing machine according to the invention, the design of which aims in particular to allow great accessibility to the various organs and ease of adaptation of the machine. to the planned tests, while ensuring, taking into account in particular the principle of independence of the assemblies which support the lower and upper test pieces, good representability and high precision of the measurements for various possible fretting modes.

Si l'on considère plus particulièrement les figures 2 et 3, on voit que le bâti 120 de la machine comprend une structure principale en forme d'équerre comportant une aile horizontale inférieure 121 servant de base et pouvant être placé sur une table par exemple, et une aile verticale frontale 122, l'arête constituant le sommet de l'équerre pouvant coïncider avec le bord de la table. If we consider more particularly FIGS. 2 and 3, we see that the frame 120 of the machine comprises a main structure in the form of a square comprising a lower horizontal wing 121 serving as a base and which can be placed on a table for example, and a front vertical wing 122, the edge constituting the top of the bracket being able to coincide with the edge of the table.

Par convention, on appellera "intérieur" du bâti le volume situé au-dessus de l'aile horizontale 121, d'un même côté arrière de l'aile verticale 122, et "extérieur" du bâti le volume situé de l'autre côté de l'aile verticale 122, c'està-dire en avant par rapport à cette aile sur la vue frontale de la figure 2.By convention, the volume located above the horizontal wing 121, on the same rear side of the vertical wing 122, will be called "interior" of the frame, and the volume located on the other side will be "exterior" of the frame. of the vertical wing 122, that is to say in front with respect to this wing in the front view of FIG. 2.

Le portique rectangulaire 115, constitué des poutrelles verticales 105 et horizontales 104, 107, est ainsi perpendiculaire à l'aile verticale 122 de l'équerre. The rectangular gantry 115, consisting of vertical 105 and horizontal beams 104, 107, is thus perpendicular to the vertical wing 122 of the bracket.

Les lames élastiques 106 qui sont fixées à la poutrelle horizontale supérieure 107 par des liaisons 116, sont fixées à leur partie supérieure par des moyens de liaison 135 sur l'aile horizontale 131 d'une console en forme d'équerre dont l'aile verticale 132 est elle-même fixée par des moyens de liaison 134 sur l'aile verticale 122 de la structure principale du bâti 120 en forme d'équerre. Des cales 136 permettent d'ajuster la position des lames 106 et par suite la hauteur du portique 115. La console peut également présenter des ailes de renforcement 133. The elastic blades 106 which are fixed to the upper horizontal beam 107 by connections 116, are fixed at their upper part by connection means 135 on the horizontal wing 131 of a console in the form of a square including the vertical wing 132 is itself fixed by connecting means 134 on the vertical wing 122 of the main structure of the frame 120 in the form of a square. Wedges 136 make it possible to adjust the position of the blades 106 and consequently the height of the gantry 115. The console can also have reinforcing wings 133.

Le pot vibrant 113 comprend un carter fixé par l'intermédiaire d'un berceau sur l'aile horizontale 121 du bâti, et un organe actif qui est raccordé par une rallonge 112 à la poutrelle supérieure 107 du portique 115 à travers une ouverture 124 ménagée dans l'aile verticale 122 du bâti 120. L'organe actif du pot vibrant 113 est ainsi perpendiculaire à l'aile verticale 122 et alignée avec la poutrelle horizontale supérieure 107 du portique 115. Les cales 136 permettent d'ajuster la position de cette poutrelle supérieure 107 pour assurer l'alignement nécessaire. The vibrating pot 113 comprises a casing fixed by means of a cradle to the horizontal wing 121 of the frame, and an active member which is connected by an extension 112 to the upper beam 107 of the gantry 115 through an opening 124 formed in the vertical wing 122 of the frame 120. The active member of the vibrating pot 113 is thus perpendicular to the vertical wing 122 and aligned with the upper horizontal beam 107 of the gantry 115. The shims 136 make it possible to adjust the position of this upper beam 107 to ensure the necessary alignment.

On notera que le pot vibrant 113 qui assure l'effort tangentiel de fretting, est le seul élément placé à l'intérieur du bâti. Tous les autres organes sont extérieurs à celui-ci et donc facilement accessibles. It will be noted that the vibrating pot 113 which provides the tangential fretting effort, is the only element placed inside the frame. All the other organs are external to it and therefore easily accessible.

La poutrelle inférieure 104 du portique 115 supporte directement l'éprouvette inférieure 102 qui est encastrée dans cette poutrelle. The lower beam 104 of the gantry 115 directly supports the lower test piece 102 which is embedded in this beam.

Un bac 70 contenant un milieu choisi dans lequel doivent s'effectuer les essais, par exemple de l'helium liquide ou de l'azote liquide pour effectuer des essais cryotechniques, peut être placé sous le portique 115 et peut être déplacé verticalement depuis le bas jusqu'à venir en contact avec un couvercle de fermeture 71 qui est situé à peu près à mi-hauteur du portique, de façon à permettre une immersion de l'ensemble des deux éprouvettes 101, 102. Le bras horizontal 108 est alors situé juste au-dessus du couvercle 71. Le couvercle 71 limite la communication du bac avec l'atmosphère ambiante et comporte des dégagements qui évitent tout contact avec les éléments qui pénètrent dans le bac. A tank 70 containing a chosen medium in which the tests must be carried out, for example liquid helium or liquid nitrogen to carry out cryotechnical tests, can be placed under the gantry 115 and can be moved vertically from the bottom until it comes into contact with a closing cover 71 which is situated approximately halfway up the gantry, so as to allow all the two test pieces 101, 102 to be immersed. The horizontal arm 108 is then located just above the cover 71. The cover 71 limits the communication of the tank with the ambient atmosphere and has clearances which avoid any contact with the elements which enter the tank.

Le bras horizontal 108 porte dans sa zone centrale, à sa partie inférieure, un dispositif de support ou mandrin 103 à la partie inférieure duquel est encastrée l'éprouvette supérieure 102, par exemple en forme de bille, comme représenté sur les figures 3 et 4. La solidarisation du mandrin 103 avec le bras 108 peut être assurée par exemple à l'aide d'une noix 173 immobilisée en rotation par deux clavettes 170 et fixée par rondelle et écrou sur le bras 108, le mandrin amovible 103 étant rendu solidaire de cette noix 173 par un écrou à ergot de grande taille 169 muni d'une portée conique de centrage coopérant avec la partie conique mâle formée à la partie supérieure du mandrin 103 (figure 5). The horizontal arm 108 carries in its central zone, at its lower part, a support device or mandrel 103 at the lower part of which is embedded the upper test piece 102, for example in the form of a ball, as shown in FIGS. 3 and 4 The attachment of the mandrel 103 with the arm 108 can be ensured for example using a nut 173 immobilized in rotation by two keys 170 and fixed by washer and nut on the arm 108, the removable mandrel 103 being made integral with this nut 173 by a large lug nut 169 provided with a conical centering surface cooperating with the male conical part formed at the upper part of the mandrel 103 (FIG. 5).

Le bras horizontal 108 qui traverse le portique 115 en son centre, perpendiculairement au plan de ce portique 115, est articulé au voisinage d'une extrémité 181 par une articulation à la cardan 110 qui sera décrite de façon plus détaillée en référence aux figures 8 à 10. Une pièce centrale verticale 156 est montée sur le bras horizontal 108 au moyen de deux pivots élastiques 154,155 alignés verticalement qui sont engagés dans des pièces supérieure 152 et inférieure 153 solidaires du bras 108 et reliées entre elles par un anneau cylindrique 151. La pièce centrale verticale 156 est traversée par un axe horizontal 157 lui-même monté à l'aide d'une douille 160 à lames élastiques sur une chape 159 solidaire d'une plaque 158 fixée sur une cornière 126, dont une aile est fixée par des moyens de liaison 128 sur l'aile verticale 122 du bâti à l'extérieur de celui-ci. The horizontal arm 108 which crosses the gantry 115 in its center, perpendicular to the plane of this gantry 115, is articulated in the vicinity of an end 181 by a cardan joint 110 which will be described in more detail with reference to FIGS. 8 to 10. A vertical central part 156 is mounted on the horizontal arm 108 by means of two elastic pivots 154,155 aligned vertically which are engaged in upper 152 and lower 153 parts integral with the arm 108 and connected together by a cylindrical ring 151. The part vertical central 156 is crossed by a horizontal axis 157 itself mounted using a sleeve 160 with elastic blades on a yoke 159 secured to a plate 158 fixed on an angle 126, one wing of which is fixed by means of connection 128 on the vertical wing 122 of the frame outside of it.

La contremasse 111 est fixée à l'extrémité 181 du bras 108, en porte-àfaux par rapport au cardan 110 constituant l'articulation du bras 108 par rapport à deux axes orientés verticalement et horizontalement. The countermass 111 is fixed to the end 181 of the arm 108, cantilevered relative to the gimbal 110 constituting the articulation of the arm 108 relative to two axes oriented vertically and horizontally.

Le dispositif de maintien reliant horizontalement le bras 108 au bâti, et qui peut être combiné au dispositif d'application d'un effort normal de fretting dirigé vers le bas, sera maintenant décrit en référence aux figures 2 et 7. The holding device horizontally connecting the arm 108 to the frame, and which can be combined with the device for applying a normal downward directed fretting force, will now be described with reference to FIGS. 2 and 7.

Le moyen 119 d'application de l'effort normal de fretting est disposé au voisinage de l'extrémité 182 du bras 108 qui est opposée à l'extrémité 181 au voisinage de laquelle sont disposés l'articulation 110 et la contremasse d'équilibrage 111. Le moyen 119 peut comprendre une simple masse fixée à l'extrémité inférieure d'un câble, comme représenté sur les dessins, ou être constitué par un ressort ou un pot vibrant dont le carter est par ailleurs fixé au bâti. The means 119 for applying the normal fretting force is arranged in the vicinity of the end 182 of the arm 108 which is opposite the end 181 in the vicinity of which the articulation 110 and the balancing countermount 111 are arranged. The means 119 may comprise a simple mass fixed to the lower end of a cable, as shown in the drawings, or be constituted by a spring or a vibrating pot whose casing is moreover fixed to the frame.

Sur les figures 2 et 7, on voit que le câble par lequel est exercé un effort normal N vers le bas est attaché à une chape 118 articulée à l'extrémité d'une pièce 117 fixée rigidement au voisinage de l'extrémité 182 du bras 108. In FIGS. 2 and 7, it can be seen that the cable by which a normal force N is exerted downwards is attached to a yoke 118 articulated at the end of a part 117 rigidly fixed in the vicinity of the end 182 of the arm 108.

Un élément 109, dont une première extrémité est articulée autour de l'axe de liaison 190 entre la chape 118 et la pièce verticale 117 solidaire du bras 108, et l'autre extrémité est fixée sur un point d'ancrage 142 placé sur une cornière 125 fixée par des boulons 127 sur l'aile verticale 122 du bâti, assure le maintien du bras 108 par rapport au bâti dans une direction horizontale perpendiculaire à l'aile verticale 122. Comme on peut le voir sur la figure 7, un capteur 141 d'effort tangentiel, par exemple de type piézoélectrique, est incorporé dans la liaison tangentielle 109 de maintien du bras 108. An element 109, one end of which is articulated around the connecting axis 190 between the yoke 118 and the vertical part 117 secured to the arm 108, and the other end is fixed to an anchor point 142 placed on an angle 125 fixed by bolts 127 on the vertical wing 122 of the frame, maintains the arm 108 relative to the frame in a horizontal direction perpendicular to the vertical wing 122. As can be seen in FIG. 7, a sensor 141 tangential force, for example of the piezoelectric type, is incorporated in the tangential link 109 for holding the arm 108.

Un câble 143 situé dans le prolongement de l'élément 109 qui peut également être constitué par un câble est fixé sur une autre chape 147 articulée autour du même axe que la chape 118 et permet d'exercer un effort de maintien qui a pour effet de tendre ce câble 109. Pour cela, le câble 143 peut être engagé sur une poulie 144 montée sur un palier 145 autour d'un axe 146 fixé sur la plaque 125 rapportée sur la bâti, avec une masse de maintien suspendue à l'extrémité libre inférieure du câble 143. Toutefois, un ressort de maintien pourrait également être substitué à l'ensemble câble 143-masse de maintien. A cable 143 located in the extension of the element 109 which can also be constituted by a cable is fixed on another yoke 147 articulated around the same axis as the yoke 118 and makes it possible to exert a holding force which has the effect of tension this cable 109. For this, the cable 143 can be engaged on a pulley 144 mounted on a bearing 145 around an axis 146 fixed on the plate 125 attached to the frame, with a holding mass suspended at the free end lower of the cable 143. However, a retaining spring could also be substituted for the cable 143-retaining mass assembly.

A titre de variante, les divers câbles 109, 143 du dispositif de maintien pourraient encore être remplacés par un système de tringles fixées à leurs extrémités par des rotules, la poulie 144 étant remplacée par une équerre pivotante montée sur le même palier 145. As a variant, the various cables 109, 143 of the holding device could also be replaced by a system of rods fixed at their ends by ball joints, the pulley 144 being replaced by a pivoting bracket mounted on the same bearing 145.

D'une manière générale, l'élément de liaison horizontal 109 perpendiculaire au bras 108 relie celui-ci au bâti par l'intermédiaire d'une première articulation autour de l'axe horizontal 142. L'élément de liaison horizontal 109 est fixé au bras 108 par l'intermédiaire d'une seconde articulation autour de l'axe horizontal 190 lui-même interposé entre la pièce verticale 117 solidaire du bras 108 et le moyen 119 d'application de l'effort normal de fretting. L'effort tangentiel de maintien est par ailleurs exercé dans un prolongement de l'élément 109, par l'intermédiaire d'une troisième articulation autour d'un axe horizontal 146. In general, the horizontal connecting element 109 perpendicular to the arm 108 connects the latter to the frame by means of a first articulation around the horizontal axis 142. The horizontal connecting element 109 is fixed to the arm 108 by means of a second articulation around the horizontal axis 190 itself interposed between the vertical part 117 secured to the arm 108 and the means 119 for applying the normal fretting force. The tangential holding force is also exerted in an extension of the element 109, by means of a third articulation around a horizontal axis 146.

Afin d'empêcher que d'inévitables petites excitations secondaires ne perturbent de façon significative le phénomène de fretting que l'on veut réaliser, de préférence la zone de contact entre l'éprouvette supérieure 101 et l'éprouvette inférieure 102, le premier axe horizontal 157 d'articulation du bras 108 défini par le dispositif 110 de support et d'articulation, et au moins le troisième axe horizontal 190 d'articulation du moyen de liaison horizontal 109 sont approximativement situés dans un même plan horizontal, Ie premier axe horizontal 157 et le troisième axe horizontal 190 étant prependiculaires entre eux. In order to prevent inevitable small secondary excitations from significantly disturbing the fretting phenomenon which it is desired to achieve, preferably the contact zone between the upper test piece 101 and the lower test piece 102, the first horizontal axis 157 of articulation of the arm 108 defined by the support and articulation device 110, and at least the third horizontal axis 190 of articulation of the horizontal connecting means 109 are approximately situated in the same horizontal plane, the first horizontal axis 157 and the third horizontal axis 190 being prependicular to each other.

On voit sur la figure 7 que les axes 142, 190 et la périphérie de la poulie 144 provoquant le changement de direction du câble 143 sont bien situés sensiblement dans le même plan horizontal qui, selon la figure 2 est le plan horizontal commun défini ci-dessus. It can be seen in FIG. 7 that the axes 142, 190 and the periphery of the pulley 144 causing the change of direction of the cable 143 are indeed located substantially in the same horizontal plane which, according to FIG. 2, is the common horizontal plane defined above. above.

Si l'on se reporte de nouveau aux figures 3 et 4, on voit qu'un capteur de déplacement 161 peut être disposé au plus près des éprouvettes 101, 102. Une cible réfléchissante 163 sous la forme d'une plaque verticale peut être disposée sur le support 103 dans lequel est encastrée l'éprouvette supérieure 101 pour coopérer avec un détecteur de position 164, par exemple de type inductif, luimême monté sur l'une des poutrelles verticales 115. If we refer again to FIGS. 3 and 4, it can be seen that a displacement sensor 161 can be placed as close as possible to the test pieces 101, 102. A reflecting target 163 in the form of a vertical plate can be placed on the support 103 in which the upper test piece 101 is embedded to cooperate with a position detector 164, for example of the inductive type, itself mounted on one of the vertical beams 115.

L'effort normal de fretting appliqué par l'intermédiaire du bras 108 peut être déterminé à partir de la valeur de la masse 119 et de la longueur des bras de levier par rapport au portique 115. Dans ce mode de réalisation, il est préférable que la masse 119 soit supportée par une tringle articulée, et soit soumise à un amortissement visqueux. The normal fretting force applied via the arm 108 can be determined from the value of the mass 119 and the length of the lever arms relative to the gantry 115. In this embodiment, it is preferable that the mass 119 is supported by an articulated rod, and is subjected to a viscous damping.

L'effort normal de fretting peut toutefois également être déterminé directement par un capteur. Un tel capteur peut par exemple être interposé entre la chape 118 et la masse 119. The normal fretting effort can however also be determined directly by a sensor. Such a sensor can for example be interposed between the yoke 118 and the mass 119.

Un capteur d'effort 162, par exemple sous la forme d'une pastille piézoélectrique, peut également être disposé immédiatement sous l'éprouvette inférieure 102, dans la poutrelle horizontale 104 pour déterminer les efforts normaux de fretting en module et en fréquence. Si ce capteur 162 est utilisé dans une version tridimensionnelle, il peut également mesurer l'effort tangentiel de fretting à la place ou en complément du capteur 141 de la figure 7. A force sensor 162, for example in the form of a piezoelectric pellet, can also be placed immediately under the lower test piece 102, in the horizontal beam 104 to determine the normal fretting forces in modulus and in frequency. If this sensor 162 is used in a three-dimensional version, it can also measure the tangential fretting force in place of or in addition to the sensor 141 in FIG. 7.

Un capteur de déplacement destiné à déterminer le débattement et la fréquence des efforts normaux peut par ailleurs être disposé verticalement entre le bras 108, au dessous de celui-ci à proximité des éprouvettes 101, 102 et une console solidaire du bâti 120. A displacement sensor intended to determine the clearance and the frequency of normal forces can also be arranged vertically between the arm 108, below the latter near the test pieces 101, 102 and a console secured to the frame 120.

Comme on l'a indiqué plus haut, le débattement et la fréquence des sollicitations tangentielles peuvent être déterminés à partir du capteur de déplacement 161 tandis que le module des sollicitations tangentielles peut être déterminé à l'aide du capteur de force 141, par exemple de type piézoélectrique ou jauge de contrainte, placé dans le dispositif de maintien, entre le bras et le bâti. As indicated above, the travel and the frequency of the tangential stresses can be determined from the displacement sensor 161 while the modulus of the tangential stresses can be determined using the force sensor 141, for example from piezoelectric type or strain gauge, placed in the holding device, between the arm and the frame.

On notera que l'on mesure bien ainsi les paramètres résultant du phénomène de fretting, et non les paramètres appliqués pour le créer. Il est cependant souhaitable de mesurer des paramètres de suveillance permettant de vérifier que le mode de fretting choisi est bien réalisé et que les phénomènes qui seraient de nature à perturber les mesures n'ont pas pris naissance ou restent dans des limites acceptables. It will be noted that the parameters resulting from the fretting phenomenon are thus well measured, and not the parameters applied to create it. It is however desirable to measure monitoring parameters making it possible to verify that the chosen fretting mode is well carried out and that the phenomena which would be likely to disturb the measurements have not arisen or remain within acceptable limits.

On peut ainsi disposer un capteur 149, tel qu'un accéléromètre sur le portique 115 pour mesurer les vibrations des poutrelles et vérifier l'absence de couplage avec la fréquence du pot vibrant. Dans le même but, on peut fixer un capteur similaire 171 à l'une des extrémités de la poutrelle horizontale inférieure 104. Le capteur a l'avantage de se trouver quasiment dans le même plan que le plan de contact des éprouvettes. Un capteur de déplacement peut aussi être introduit dans le dispositif de maintien pour s'assurer que le bras reste bien immobile. It is thus possible to have a sensor 149, such as an accelerometer on the gantry 115 to measure the vibrations of the beams and verify the absence of coupling with the frequency of the vibrating pot. For the same purpose, a similar sensor 171 can be attached to one of the ends of the lower horizontal beam 104. The sensor has the advantage of being almost in the same plane as the contact plane of the test pieces. A displacement sensor can also be introduced into the holding device to ensure that the arm remains still.

Naturellement, des capteurs doivent également être utilisés de façon habituelle pour surveiller l'environnement (température, humidité par exemple)
Diverses variantes de réalisation sont naturellement possibles à partir de la machine décrite à titre d'exemple.
Of course, sensors should also be used in the usual way to monitor the environment (temperature, humidity for example)
Various variant embodiments are naturally possible starting from the machine described by way of example.

La figure 5 est ainsi assez semblable à la figure 4 mais montre une éprouvette supérieure 101 réalisée sous la forme d'un pion comme sur la figure 1A, plutôt que sous la forme d'une bille, une vis 167 servant à la fixation du pion dans son mandrin support 103 qui peut lui-même être monté au moyen de clavettes 170 sur le bras 108. Le mandrin 103 étant par ailleurs muni de plusieurs surfaces verticales avec des méplats 168, il est possible de déterminer avec précision la position de l'éprouvette supérieure 101 par rapport à des surfaces de référence du bâti 120. FIG. 5 is thus quite similar to FIG. 4 but shows an upper test piece 101 produced in the form of a pin as in FIG. 1A, rather than in the form of a ball, a screw 167 used for fixing the pin in its support mandrel 103 which can itself be mounted by means of keys 170 on the arm 108. The mandrel 103 being moreover provided with several vertical surfaces with flats 168, it is possible to precisely determine the position of the upper test piece 101 with respect to reference surfaces of the frame 120.

Les figures 5 et 6 montrent encore un exemple de montage du capteur de déplacement 161 sur un support de capteur 165, un câble 166 servant au transfert des signaux délivrés par le capteur. FIGS. 5 and 6 also show an example of mounting the displacement sensor 161 on a sensor support 165, a cable 166 used for the transfer of the signals delivered by the sensor.

La figure 4 montre une possibilité de montage d'un capteur de déplacement tangentiel 172 entre la partie supérieure de la noix 173 et la poutrelle horizontale supérieure 107. Le capteur de déplacement tangentiel 172 peut notamment être utilisé lorsque le fluide contenu dans le bac, trop agressif, ne permet pas l'utilisation du capteur 161. Figure 4 shows a possibility of mounting a tangential displacement sensor 172 between the upper part of the nut 173 and the upper horizontal beam 107. The tangential displacement sensor 172 can in particular be used when the fluid contained in the tank, too aggressive, does not allow the use of sensor 161.

La création de faces de référence solidaires du bâti et de faces de référence sur un support d'éprouvettes permet de vérifier le parallélisme des surfaces des deux supports recevant les éprouvettes, et la perpendicularité des efforts normaux et tangentiels. The creation of reference faces integral with the frame and of reference faces on a test piece support makes it possible to check the parallelism of the surfaces of the two supports receiving the test pieces, and the perpendicularity of the normal and tangential forces.

A titre de variante de réalisation, il est possible d'utiliser des lames élastiques de dimensions différentes, car leur échange est aisé, et d'utiliser le cas échéant des lames en matériaux non métalliques par exemple en carbone. As an alternative embodiment, it is possible to use elastic blades of different dimensions, because their exchange is easy, and to use, if necessary, blades of non-metallic materials, for example carbon.

Des vibrations parasites peuvent être supprimées par la mise en oeuvre d'un amortissement visqueux des masses utilisées notamment comme moyen d'application d'un effort normal, ou dans le dispositif de maintien du bras 108. Parasitic vibrations can be suppressed by the implementation of a viscous damping of the masses used in particular as a means of applying a normal force, or in the device for holding the arm 108.

Pour faciliter les manipulations, le bras 108 peut être désolidarisé des pivots flexibles horizontaux. Le bras tourne alors dans des paliers lisses qui sont à nouveau bloqués pendant les essais. Ceci permet d'éviter une trop grande torsion despivots flexibles. To facilitate handling, the arm 108 can be separated from the horizontal flexible pivots. The arm then rotates in plain bearings which are again locked during the tests. This avoids excessive twisting of the flexible pivots.

Le bras 108 peut encore être muni d'une butée de limitation de la course de bras en position haute. The arm 108 can also be provided with a stop for limiting the arm stroke in the high position.

En ce qui concerne les mesures de divers paramètres à prendre en compte, il est possible d'effectuer une mesure de la température et de l'énergie dissipée dans le fluide contenu dans le bac 70. Toutefois, on peut aussi procéder à une mesure de la température dans la masse des éprouvettes. With regard to the measurements of various parameters to be taken into account, it is possible to measure the temperature and the energy dissipated in the fluid contained in the tank 70. However, it is also possible to measure the the temperature in the mass of the test pieces.

D'une manière générale, la machine selon l'invention se prête à une grande adaptabilité à des modifications permettant de prendre en compte différentes conditions d'étude du fretting, tout en garantissant de par sa conception, l'absence de tout frottement dans le fonctionnement de la machine. In general, the machine according to the invention lends itself to great adaptability to modifications making it possible to take into account different conditions for studying fretting, while guaranteeing by design, the absence of any friction in the machine operation.

Du fait que le mouvement alternatif de l'éprouvette inférieure 102 est obtenu par la suspension du portique 115 à deux lames élastiques 105 et que les mouvements du bras horizontal 108 se fait sur des pivots élastiques, aucune erreur due au frottement n'est introduite dans les mesures et les fonctionnements des divers organes de la machine sont eux-mêmes exempts de fretting en dehors de la zone de contact entre les éprouvettes. Since the reciprocating movement of the lower test piece 102 is obtained by suspending the gantry 115 with two elastic blades 105 and the movements of the horizontal arm 108 being carried out on elastic pivots, no error due to friction is introduced into the measurements and the operations of the various parts of the machine are themselves free of fretting outside the zone of contact between the test pieces.

L'indépendance des ensembles qui supportent les éprouvettes inférieure et supérieure facilite la production de différents types de fretting et permet la mesure directe de tous les paramètres caractérisant le phénomène de fretting créé, dans de bonnes conditions de précision. The independence of the assemblies which support the upper and lower specimens facilitates the production of different types of fretting and allows direct measurement of all the parameters characterizing the fretting phenomenon created, under good conditions of precision.

La machine selon l'invention offre une grande accessibilité aux divers organes dans la mesure où tous les organes à l'exception du pot vibrant horizontal peuvent être fixés sur la même face verticale 122 du support en équerre.  The machine according to the invention offers great accessibility to the various members insofar as all of the members except the horizontal vibrating pot can be fixed on the same vertical face 122 of the square support.

Les organes constitutifs de la machine sont eux-mêmes soit de coût faible (poutrelles) soit réutilisables (capteurs, pivots élastique), ce qui conduit à une grande facilité d'échange et d'adjonction d'organes et ainsi à une optimisation de la machine au mode de fretting souhaité.The constituent parts of the machine are themselves either of low cost (beams) or reusable (sensors, elastic pivots), which leads to great ease of exchange and addition of members and thus to optimization of the machine in the desired fretting mode.

A titre d'exemple non limitatif, une machine de fretting réalisée selon l'invention peut présenter les caractéristiques suivantes:
Déplacement + 5,um à + 50,um
Fréquence 10 à 600 Hz
Effort normal maximum 100 N
Géométrie de contact Sphère sur plan
Nombre de cycles souvent utilisé pour un essai 105 à 106
By way of nonlimiting example, a fretting machine produced according to the invention can have the following characteristics:
Displacement + 5, um to + 50, um
Frequency 10 to 600 Hz
Maximum normal force 100 N
Contact geometry Sphere on plan
Number of cycles often used for a test 105 to 106

Claims (20)

REVENDICATIONS 1. Machine d'essais de fretting, caractérisée en ce qu'elle comprend: 1. Fretting test machine, characterized in that it comprises: a) un bâti fixe (120), a) a fixed frame (120), b) un ensemble de support et de commande d'une éprouvette inférieure (102) comportant: b) a support and control assembly for a lower test piece (102) comprising: bl) un portique rectangulaire vertical rigide (115) constitué à partir de poutrelles verticales (105), d'une poutrelle horizontale supérieure (107) et d'au moins une poutrelle horizontale inférieure (104) sur la face supérieure de laquelle est encastrée ladite éprouvette inférieure (102), bl) a rigid vertical rectangular gantry (115) made up of vertical beams (105), an upper horizontal beam (107) and at least one lower horizontal beam (104) on the upper face of which is embedded said lower test piece (102), b2) un support de portique comprenant au moins deux lames flexibles (106) verticales parallèles qui sont disposées perpendiculairement au plan vertical défini par le portique (115), sont rattachées au bâti (120) à leurs extrémités supérieures et supportent à leurs extrémités inférieures ladite poutrelle horizontale supérieure (107) du portique (115), b2) a gantry support comprising at least two parallel vertical flexible blades (106) which are arranged perpendicular to the vertical plane defined by the gantry (115), are attached to the frame (120) at their upper ends and support at their lower ends said upper horizontal beam (107) of the gantry (115), b3) un pot vibrant (113) dont le carter est fixé sur le bâti (120) et dont l'organe actif horizontal (112) est disposé dans l'alignement de la poutrelle horizontale supérieure (107) du portique (115) pour créer sur celle-ci un mouvement d'excitation de va et vient de faible amplitude et de fréquence prédéterminée selon la direction longitudinale de ladite poutrelle supérieure (107), b3) a vibrating pot (113) whose casing is fixed to the frame (120) and whose horizontal active member (112) is arranged in alignment with the upper horizontal beam (107) of the gantry (115) to create thereon an excitation movement back and forth of low amplitude and of predetermined frequency in the longitudinal direction of said upper beam (107), c) un ensemble de support et de commande d'une éprouvette supérieure (101) comportant:: c) a support and control assembly for an upper test piece (101) comprising: c1) un bras horizontal rigide (108) perpendiculaire au plan vertical défini par le portique (115) et passant approximativement au centre de ce portique (115), c1) a rigid horizontal arm (108) perpendicular to the vertical plane defined by the gantry (115) and passing approximately at the center of this gantry (115), c2) un dispositif de support (103,169,173) qui est fixé à la partie centrale du bras horizontal (108) et à la partie inférieure duquel est encastrée ladite éprouvette supérieure (101) qui est placée en regard de ladite éprouvette inférieure (102), c2) a support device (103,169,173) which is fixed to the central part of the horizontal arm (108) and to the lower part of which is embedded said upper test piece (101) which is placed opposite said lower test piece (102), c3) un dispositif (110) de support et d'articulation du bras horizontal (108), situé au voisinage d'une première extrémité (181) de ce bras (108) et comprenant un cardan relié au bâti (120), pour permettre une articulation du bras (108) autour d'un axe vertical (156) et d'un premier axe horizontal (157), c3) a device (110) for supporting and articulating the horizontal arm (108), located in the vicinity of a first end (181) of this arm (108) and comprising a gimbal connected to the frame (120), to allow an articulation of the arm (108) about a vertical axis (156) and a first horizontal axis (157), c4) un moyen (119) d'application d'une force verticale de fretting dirigée vers le bas, située au voisinage de l'extrémité (182) du bras (108) opposée à ladite première extrémité (181), c4) means (119) for applying a downwardly directed vertical fretting force, located near the end (182) of the arm (108) opposite said first end (181), c5) une contremasse d'équilibrage (111) disposée à la première extrémité (181) du bras (108), en porte-à-faux par rapport au dispositif (110) de support et d'articulation, c5) a balancing countermass (111) disposed at the first end (181) of the arm (108), in cantilever with respect to the device (110) for support and articulation, d) un dispositif de maintien de bras comportant:: d) an arm support device comprising: dl) un moyen de liaison horizontal (109) perpendiculaire au bras rigide (108) pour relier celui-ci au bâti (120) par l'intermédiaire d'une première articulation autour d'un second axe horizontal (142), ledit moyen de liaison horizontal (109) étant fixé au bras (108) par l'intermédiaire d'une seconde articulation autour d'un troisième axe horizontal (190) disposé entre le dispositif (103,169) de support de l'éprouvette supérieure (101) et ledit moyen (119) d'application d'une force verticale de fretting, dl) a horizontal connection means (109) perpendicular to the rigid arm (108) for connecting the latter to the frame (120) by means of a first articulation around a second horizontal axis (142), said means of horizontal link (109) being fixed to the arm (108) by means of a second articulation around a third horizontal axis (190) disposed between the device (103,169) for supporting the upper test piece (101) and said means (119) for applying a vertical fretting force, d2) un moyen (143 à 147) de traction horizontale pour exercer, par l'intermédiaire d'une troisième articulation autour d'un quatrième axe horizontal (146), dans le prolongement du moyen de liaison horizontale (109), dans un sens d'éloignement par rapport au bâti (120), un effort tangentiel de maintien, d2) means (143 to 147) of horizontal traction for exerting, by means of a third articulation around a fourth horizontal axis (146), in the extension of the horizontal connection means (109), in one direction distance from the frame (120), a tangential holding force, e) un dispositif de détection comprenant au moins:: e) a detection device comprising at least: el) un capteur (161) de débattement et de fréquence des mouvements horizontaux de va et vient appliqués au portique (115) supportant l'éprouvette inférieure (102), el) a sensor (161) of movement and of frequency of the horizontal movements back and forth applied to the gantry (115) supporting the lower test piece (102), e2) un capteur de L'effort tangentiel de fretting appliqué au bras horizontal (108) supportant l'éprouvette supérieure (101). e2) a sensor of the tangential fretting force applied to the horizontal arm (108) supporting the upper test piece (101). 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone de contact entre l'éprouvette supérieure (101) et l'éprouvette inférieure (102), le premier axe horizontal (157) d'articulation du bras (108) défini par le dispositif (110) de support et d'articulation, et au moins le troisième axe horizontal (190) d'articulation du moyen de liaison horizontal (109) sont approximativement situés dans un même plan horizontal, le premier axe horizontal (157) et le troisième axe horizontal (190) étant prependiculaires entre eux. 2. Machine according to claim 1, characterized in that the contact zone between the upper test piece (101) and the lower test piece (102), the first horizontal axis (157) of articulation of the arm (108) defined by the support and articulation device (110), and at least the third horizontal axis (190) of articulation of the horizontal connection means (109) are approximately located in the same horizontal plane, the first horizontal axis (157) and the third horizontal axis (190) being prependicular to each other. 3. Machine selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que le bâti (120) comprend une structure principale en forme d'équerre comportant au moins une aile horizontale (121) et une aile verticale frontale (122), en ce que le portique rectangulaire vertical (115) est disposé perpendiculairement à l'aile verticale (122) du bâti (120), du côté opposé à l'aile horizontale (121), en ce que le carter du pot vibrant (113) est fixé sur l'aile horizontale (121) du bâti (120), en ce que l'organe actif horizontal (112) du pot vibrant (113) est disposé face à une ouverture (124) ménagée dans l'aile verticale frontale (122), pour créer, par l'intermédiaire d'une rallonge (112), à travers ladite aile verticale(122) et sans contact avec celle ci, ledit mouvement d'excitation de va-et-vient de faible amplitude sur la poutrelle horizontale supérieure (107) du portique (115) selon une direction horizontale essentiellement perpendiculaire à ladite aile verticale (122), et en ce que les lames flexibles (106) auxquelles est suspendue la poutrelle horizontale supérieure (107) du portique (115) sont parallèles à ltaile verticale (102) du bâti (120) et fixées à leur partie supérieure sur une console (130) fixée sur l'aile verticale (122) du batî (120) du coté opposé à l'aide horizontale (121). 3. Machine according to claim 1 or claim 2, characterized in that the frame (120) comprises a main structure in the form of a square comprising at least one horizontal wing (121) and a vertical front wing (122), in that that the vertical rectangular gantry (115) is arranged perpendicular to the vertical wing (122) of the frame (120), on the side opposite to the horizontal wing (121), in that the housing of the vibrating pot (113) is fixed on the horizontal wing (121) of the frame (120), in that the horizontal active member (112) of the vibrating pot (113) is disposed facing an opening (124) formed in the front vertical wing (122) , to create, by means of an extension (112), through said vertical wing (122) and without contact therewith, said low amplitude back-and-forth excitation movement on the upper horizontal beam (107) of the gantry (115) in a horizontal direction essentially perpendicular to said vertica wing the (122), and in that the flexible blades (106) to which the upper horizontal beam (107) of the gantry (115) is suspended are parallel to the vertical beam (102) of the frame (120) and fixed at their upper part on a console (130) fixed on the vertical wing (122) of the frame (120) on the side opposite to the horizontal aid (121). 4. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un bac contenant un fluide donné, lequel bac (7) est situé sous le bras horizontal (108) pour recevoir la partie inférieure du portique (115) supportant l'éprouvette inférieure (102) et la partie inférieure du dispositif de support (103,169) dans lequel est encastrée l'éprouvette supérieure (101) de manière à permettre la simulation du phénomène de fretting au sein dudit fluide. 4. Machine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it further comprises a tank containing a given fluid, which tank (7) is located under the horizontal arm (108) to receive the lower part of the gantry (115) supporting the lower test piece (102) and the lower part of the support device (103,169) in which the upper test piece (101) is embedded so as to allow the simulation of the fretting phenomenon within said fluid. 5. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que le bac (70) contient un fluide cryotechnique tel que de l'azote liquide. 5. Machine according to claim 4, characterized in that the tank (70) contains a cryogenic fluid such as liquid nitrogen. 6. Machine selon les revendications 3 et 4, caractérisée en ce que la structure principale en forme d'équerre (121,122) est placée sur une table, l'aile verticale frontale (122) étant située au voisinage du rebord de la table, et en ce que le bac (70) est placé sur un dispositif de déplacement vertical du bac. 6. Machine according to claims 3 and 4, characterized in that the main square-shaped structure (121,122) is placed on a table, the front vertical wing (122) being located in the vicinity of the edge of the table, and in that the container (70) is placed on a device for vertical displacement of the container. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le capteur (161) de débattement est disposé entre une poutrelle verticale (105) du portique (115) et le dispositif de support (103,169) dans lequel est encastrée l'éprouvette supérieure (101). 7. Machine according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the displacement sensor (161) is disposed between a vertical beam (105) of the gantry (115) and the support device (103,169) in which is embedded the upper test piece (101). 8. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'un capteur (162) de l'effort normal de fretting appliqué aux deux éprouvettes (101,102) par l'intermédiaire du bras horizontal (108) est disposé sous l'éprouvette inférieure (102) et fixé dans la poutrelle horizontale inférieure (104). 8. Machine according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a sensor (162) of the normal fretting force applied to the two test pieces (101,102) via the horizontal arm (108) is arranged under the lower test piece (102) and fixed in the lower horizontal beam (104). 9. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce que le capteur (162) de l'effort normal de fretting est tridimensionnel et constitue également le capteur d'effort tangentiel de fretting. 9. Machine according to claim 8, characterized in that the sensor (162) of the normal fretting force is three-dimensional and also constitutes the tangential fretting force sensor. 10. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le capteur (141) d'effort tangentiel de maintien est incorporé dans ledit moyen de liaison horizontal (109) disposé entre le dispositif (103,169) de support de l'éprouvette supérieure (101) et ledit moyen (119) d'application d'une force verticale de fretting pour mesurer l'effort tangentiel de maintien exercé sur le bras horizontal rigide (108). 10. Machine according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the sensor (141) of tangential holding force is incorporated in said horizontal connecting means (109) disposed between the device (103,169) for supporting the upper test piece (101) and said means (119) for applying a vertical fretting force to measure the tangential holding force exerted on the rigid horizontal arm (108). 11. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un dispositif de surveillance comprenant au moins un capteur (149;171)) de mesure des vibrations auxquelles est soumis le portique (115) ou un capteur de déplacement associé au dispositif de maintien du bras horizontal (108) et destiné à contrôler d'éventuelles modifications de la position horizontale de ce bras (108). 11. Machine according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it further comprises a monitoring device comprising at least one sensor (149; 171)) for measuring the vibrations to which the gantry is subjected (115) or a displacement sensor associated with the device for holding the horizontal arm (108) and intended to control possible modifications of the horizontal position of this arm (108). 12 Machine selon la revendication 11, caractérisée en ce que le dispositif de surveillance comprend au moins un capteur (171) de mesure de vibrations disposé à l'une des extrémités de la poutrelle horizontale inférieure (104) du portique (115) sensiblement dans le plan contenant la zone de contact entre l'éprouvette supérieure (101) et l'éprouvette inférieure (102). 12 Machine according to claim 11, characterized in that the monitoring device comprises at least one sensor (171) for measuring vibrations arranged at one end of the lower horizontal beam (104) of the gantry (115) substantially in the plane containing the contact zone between the upper test piece (101) and the lower test piece (102). 13. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que le dispositif (110) de support et d'articulation du bras horizontal (108) est constitué par un cardan élastique comprenant une pièce centrale verticale (156) montée sur le bras horizontal (108) au moyen de deux pivots élastiques (154,155) alignés verticalement et traversée par un axe horizontal (157) lui-même monté à l'aide d'une douille à lames élastiques sur une chape (159) solidaire du bâti (120). 13. Machine according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the device (110) for support and articulation of the horizontal arm (108) is constituted by an elastic cardan joint comprising a vertical central part (156) mounted on the horizontal arm (108) by means of two elastic pivots (154,155) aligned vertically and crossed by a horizontal axis (157) itself mounted using a bush with elastic blades on a yoke (159) integral with the frame (120). 14. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que le dispositif de maintien du bras (108) est réalisé à partir de câbles (143) tendus par des masses. 14. Machine according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the arm holding device (108) is made from cables (143) stretched by masses. 15. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que le dispositif de maintien du bras (108) est réalisé à partir de tringle articulées au moyen de rotules et d'une équerre articulée sur un palier (145) faisant partie dudit moyen de traction horizontale. 15. Machine according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the arm holding device (108) is made from rod articulated by means of ball joints and a bracket articulated on a bearing (145) forming part of said horizontal traction means. 16. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que ledit moyen (119) d'application d'une force verticale de fretting dirigée vers le bas comprend une masse suspendue à un câble. 16. Machine according to any one of claims 1 to 15, characterized in that said means (119) for applying a vertical fretting force directed downwards comprises a mass suspended from a cable. 17. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que le dispositif de maintien du bras (108) ou ledit moyen (119) d'application d'une force verticale de fretting dirigée vers le bras comprennent une masse soumise à un amortissement visqueux. 17. Machine according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the arm holding device (108) or said means (119) for applying a vertical fretting force directed towards the arm comprises a mass subject to viscous damping. 18. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que ledit moyen (119) d'application d'une force verticale de fretting dirigée vers le bas comprend un ressort. 18. Machine according to any one of claims 1 to 15, characterized in that said means (119) for applying a vertical fretting force directed downwards comprises a spring. 19. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que ledit moyen (119) d'application d'une force verticale de fretting dirigée vers le bas comprend un deuxième pot vibrant dont le carter est fixé par ailleurs au bâti (120). 19. Machine according to any one of claims 1 to 15, characterized in that said means (119) for applying a vertical fretting force directed downwards comprises a second vibrating pot whose casing is also fixed to the frame (120). 20. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisée en ce que des surfaces de référence (168) sont formées sur le dispositif (103,169) de support dans lequel est encastrées l'éprouvette supérieure (101) ou le portique (115) de support de l'éprouvette inférieure (102) et sur le bâti (120) pour permettre la vérification du parallèlisme des surfaces recevant les éprouvettes supérieure (101) et inférieure (102) ainsi que la perpendicularité des efforts normaux et tangentiels.  20. Machine according to any one of claims 1 to 19, characterized in that reference surfaces (168) are formed on the support device (103,169) in which is embedded the upper test piece (101) or the gantry ( 115) for supporting the lower test piece (102) and on the frame (120) to allow verification of the parallelism of the surfaces receiving the upper (101) and lower (102) test pieces as well as the perpendicularity of the normal and tangential forces.
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