FR2789178A1 - Machine d'essais dynamiques de fatigue d'echantillons polymeres alveoles - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une machine d'essais dynamiques.Elle se rapporte à une machine destinée à soumettre des échantillons de dimensions normalisées à des compressions et décompressions répétées entre deux valeurs préétablies d'épaisseur, pour la mesure de la perte de dureté et de la réduction de hauteur, par un processus exécuté automatiquement. Elle comprend deux parties nettement différenciées, une partie supérieure (1) et une partie inférieure (2), cette dernière comprenant une structure de base ayant un système mécanique de manoeuvre, alors que la partie supérieure (1) comporte deux ensembles de plaques métalliques horizontales (4 et 5) destinées à assurer la compression des échantillons, toutes les opérations étant commandées par une unité logique programmable associée à la machine.Application aux essais dynamiques de fatigue.
Description
La présente invention concerne une machine d'essais normalisés, équipée
d'un dispositif destiné à permettre un
réglage des paramètres d'essais avec une précision extrê-
mement élevée, et son adaptation à différents échantillons à partir d'une console d'opérateur, l'ensemble du processus
étant exécuté automatiquement.
Parmi les paramètres dont la machine permet le contrôle et la modification à volonté, on peut citer le nombre de compressions des échantillons, la position exacte atteinte
par les plaques correspondantes de compression, à une préci-
sion du dixième de millimètre, et le relevé des valeurs maximales et minimales au cours de l'essai. La machine détecte aussi tout événement qui interrompt l'essai, par exemple une panne d'alimentation qui peut s'être produite au cours de l'essai, ainsi que la durée de cette panne. En
outre, elle peut être réglée afin qu'elle donne un avertis-
sement visible ou audible à un moment prédéterminé antérieur à la fin ou au moment de la fin de l'essai, etc. Cette machine s'applique spécialement aux essais dynamiques de fatigue d'échantillons de polymères alvéoles,
du type de la mousse de la polyuréthanne et analogues.
On sait que des types déterminés de polymères alvéoles doivent être soumis à une série d'essais normalisés pour la certification du fait qu'ils correspondent les normes établies au point de vue de la résistance à la déchirure, de l'allongement, de l'élasticité, etc. Parmi ces essais, il existe un essai dynamique de fatigue qui comprend l'application, à des échantillons de
dimensions normalisées, d'une compression et d'une décom-
pression de manière répétée pendant un nombre établi de
cycles, à une fréquence correspondant à des nombres diffé-
rents de compressions par seconde, par application d'une compression en alternance entre deux valeurs préétablies d'épaisseur, en pourcentage, afin que la perte de dureté et la hauteur des échantillons puissent être mesurées après l'essai. Actuellement, ces essais sont exécutés avec des machines très rudimentaires et inexactes, qui ne donnent aucune garantie sur le fait que l'essai a été exécuté convenablement, et qui ne possèdent pas d'instrument destiné à enregistrer les paramètres propres à l'essai et présentent l'inconvénient sérieux d'un manque de souplesse, car des modifications mécaniques importantes de la machine sont
nécessaires si l'on veut modifier les dimensions de l'échan-
tillon. La machine objet de l'invention a été réalisée pour remédier à ces inconvénients et pour permettre une maîtrise
extrêmement précise des paramètres d'essais et son adap-
tation à des échantillons différents.
En ce sens, la machine elle-même est formée avec une structure générale dans laquelle deux parties nettement différenciées peuvent être identifiées, un support ou socle inférieur du systeme mécanique de manoeuvre, et une partie supérieure dans laquelle sont montés deux ensembles de plaques horizontales, l'une ces plaques sur laquelle reposent les échantillons étant fixe, alors que l'autre
ensemble est mobile verticalement pour produire la compres-
sion des échantillons, avec une particularité selon laquelle la partie supérieure est munie d'un couvercle transparent, par exemple de polyméthacrylate de méthyle, possédant des portes d'accès permettant l'introduction ou l'extraction des
échantillons. Un tel couvercle transparent assure une pro-
tection qui empêche toute introduction accidentelle lorsque la machine elle-même est en cours de fonctionnement, la sécurité étant encore accrue par la présence de capteurs qui arrêtent temporairement le fonctionnement de la machine si
les portes sont ouvertes.
Les plaques fixes placées à la partie supérieure de la machine comportent des plates-formes horizontales montées fermement afin qu'elles soient équidistantes, à des hauteurs différentes, sur une série de montants verticaux qui, à leur extrémité inférieure, sont fixés au tronçon supérieur de la partie inférieure de la machine elle-même, la séparation ou l'espacement égal entre les plaques étant conservés grâce à des entretoises adaptées insérées entre les plaques et disposées sur les montants eux-mêmes, ces derniers étant
placés afin qu'ils coïncident avec les sommets d'un rec-
tangle imaginaire, les plaques fixes étant rectangulaires pour cette raison, la forme des plaques pouvant cependant être quadrangulaire ou même de toute autre forme géométrique régulière et commode. Les plaques mobiles sont aussi placées sur des montants verticaux qui peuvent être déplacés verticalement, ces plaques mobiles ayant un contour plus petit que celui des
plaques précitées et étant fixées à leur extré-
mité inférieure à une plate-forme à laquelle sont fixées à leur tour des broches qui peuvent tourner sous la commande de pignons correspondants qui sont en prise avec d'autres
pignons placés à cet effet aux extrémités d'un arbre hori-
zontal et transversal relié à un motoréducteur, ces éléments constituant un ensemble mécanique tel que la hauteur des plaques mobiles est réglée et, en conséquence, la distance entre les plaques mobiles et les plaques fixes est réglée afin que la compression voulue des échantillons montés entre
les plaques soit assurée.
Le système mécanique de réglage de la hauteur des
plaques précitées de compression comporte un ensemble méca-
nique générateur de mouvement capable de fonctionner indé-
pendamment du premier mécanisme, bien que les fonctionne-
ments de ces deux ensembles soient associés et combines.
L'ensemble mécanique générateur de mouvement est constitué d'un motoréducteur dont l'arbre de sortie, par une transmission correspondante, entraine une manivelle et qui est relié, en position réglable, à une tige de raccordement
qui, à son autre extrémité, est articulée sur une plate-
forme constituant le support de l'ensemble de plaques mobiles et du mécanisme de réglage de hauteur, d'une manière telle que l'unité formée par la manivelle et la tige de raccordement peut être ajustée pour assurer un déplacement longitudinal plus ou moins grand de la tige de raccordement
et étant réglée à la position la plus adaptée.
La machine comporte des capteurs destinés à détecter la séparation des plaques mobiles et des plaques fixes, ainsi qu'à déterminer le déplacement absolu des plaques
fixes par rapport aux plaques mobiles au cours de l'essai.
Il faut aussi noter que l'assemblage formé par les plaques mobiles et les mécanismes qui leur sont associés repose sur des ressorts compensateurs qui amortissent les effets de masse et dont les extrémités inférieures sont en
appui sur des régulateurs de tension permettant un ajuste-
ment en fonction du poids du bloc ou de l'assemblage précité. La machine ayant cette constitution permet le réglage et la modification à volonté du nombre de compressions des échantillons ainsi que de la position atteinte par les plaques mobiles de compression, ou aussi les autres réglages précités, et, pour que l'automatisation soit totale, des capteurs sont incorporés afin qu'ils transmettent des signaux à une unité logique programmable assurant la gestion de tous les signaux provenant des capteurs et des systèmes de commande de moteurs, et elle transmet, à un dispositif d'affichage visuel, toutes les données d'essais pertinentes, telles que la fréquence, les positions relatives des plaques
fixes et mobiles, le nombre de cycles effectués, la tempé-
rature au cours de l'essai, l'amplitude de déplacement, etc. De même, la machine possède une console d'opérateur par laquelle l'analyste introduit les données nécessaires en fonction des échantillons à tester, car, lorsque leurs dimensions sont modifiées, l'unité logique programmable doit
être informée des changements.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
seront mieux compris à la lecture de la description qui va
suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue de bout d'une machine d'essais dynamiques de fatigue d'échantillons polymères alvéoles selon un mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue en élévation latérale de la même machine; et la figure 3 est une vue en plan de la machine, permettant l'observation des plaques supérieures mobiles et fixes, ainsi que des montants sur lesquels elles sont placées. On se réfère maintenant aux dessins qui montrent comment la machine selon l'invention comporte deux parties clairement différenciées, une partie supérieure i et une partie inférieure 2, cette dernière étant en appui sur un plancher par l'intermédiaire de supports amortisseurs 3 dont la hauteur est réglable afin que la machine elle-même soit équilibrée. Deux ensembles de plaques horizontales 4 et 5, tels que les plaques 4 sont fixes et les plaques 5 sont mobiles, toutes ces plaques se trouvant dans cette partie supérieure
1 munie d'un couvercle protecteur 6, de préférence trans-
parent et qui peut être formé de polyméthacrylate de méthyle ou d'un autre matériau analogue, possédant une porte d'accès pour l'introduction et l'extraction des échantillons, sont
montés dans cette partie supérieure 1.
Les plaques fixes 4 sont équidistantes, à des niveaux ou des hauteurs différents, sur des montants verticaux 7 sur
lesquels sont placées des entretoises ou manchons corres-
pondants qui assurent un espacement égal des plaques fixes,
les extrémités des montants 7 étant raccordées à une plate-
forme qui correspond au tronçon supérieur de la partie
inférieure 2 de la machine.
Les plaques fixes précitées 4 ont une forme quadran-
gulaire ou rectangulaire, si bien que, dans le mode de réalisation représenté, ces plaques 4 sont rectangulaires et sont fixées à quatre montants 7 disposés au sommet d'un rectangle imaginaire, comme indiqué clairement sur la figure
3, ces montants 7 étant de préférence formés de tiges file-
tées qui passent à travers les plaques fixes 4 et sur
lesquelles sont à leur tour montés des manchons d'entre-
toises qui déterminent avec une grande précision la distance
séparant les plaques.
Les plaques fixes précitées, constituant une surface sur laquelle reposent les échantillons, forment une surface lisse et peuvent avoir des trous régulièrement espacés 8 formés à l'intérieur pour réduire leur masse d'inertie et
aussi pour assurer la ventilation des échantillons eux-
mêmes. Les plaques mobiles 5 sont aussi de forme rectangulaire
et de plus petite dimension que les plaques fixes corres-
pondantes, elles sont placées sur des montants verticaux
correspondants 9, et leur rôle est de comprimer les échan-
tillons un nombre de fois préétabli, de manière régulière et sur une période déterminée, ces échantillons étant montés
sur les plaques fixes 4.
L'extrémité inférieure des montants 9, sur lesquels les
plaques mobiles sont assemblées, est raccordée à une plate-
forme horizontale 10 par laquelle un mouvement correspondant vers le haut et vers le bas est transmis au montant 9, comme
décrit plus en détail dans la suite.
Pour que les montants 9 restent parfaitement perpen-
diculaires, des rails rectilignes de guidage 11 du type à
billes ont été incorporés aux plaques fixes externes supé-
rieure et inférieure 4.
Deux ensembles mécaniques sont disposés dans la partie inférieure 2 correspondant à la structure générale de la machine, l'un étant le générateur de mouvement et l'autre le régulateur de hauteur des plaques mobiles 5, et l'ensemble ou groupe générateur de mouvement est constitué d'un motoréducteur 12 qui, par l'intermédiaire d'une transmission
convenable, entraine une manivelle 13 à laquelle est raccor-
dée une tige de raccordement 14 qui, à son autre extrémité, est articulée sur un élément fixe 15 appartenant à une
plate-forme horizontale inférieure 16 qui, par des entre-
toises 17, est raccordée à une autre plate-forme 18 placée dans un plan à un niveau supérieur, et constituant un
support pour un second motoréducteur 19.
L'unité ou bloc formé par la tige de raccordement et la manivelle peut être réglable pour donner un déplacement longitudinal plus ou moins grand à la tige de raccordement 14 et, à cet effet, des jauges usinées 20 sont utilisées afin qu'elles permettent un ajustement très précis du
déplacement plus ou moins important de la tige de raccor-
dement elle-même, et une glissière 21 assure l'articulation convenable 22 entre la tige 14 de raccordement et la manivelle 13, la tige étant fixée à la position la plus commode. Le motoréducteur 19 est lui-même muni d'un arbre horizontal et transversal 23 à chaque extrémité duquel est monté un pignon conique 24 qui est en prise avec un autre
pignon 25 monté à l'extrémité supérieure de broches verti-
cales 26 du type à billes et précises, les broches agissant sur la plateforme 10 sur laquelle sont fixées les extrémités inférieures des montants 9, si bien que la
rotation des broches provoque le soulèvement ou l'abaisse-
ment de la plate-forme 10 et donc des montants précités 9
qui eux-mêmes soulèvent ou abaissent les plaques mobiles 5.
L'une des broches précitées 26 porte un capteur électronique 27 de précision qui mesure la distance séparant les plaques elles-mêmes avec une précision très élevée, et transmet cette information à l'unité logique programmable correspondante, si bien que la position relative des plaques
4 et 5 est parfaitement connue et réglée en permanence.
De manière analogue, les données transmises par le capteur électronique 27 sont utilisées par le motoréducteur 19 pour l'ajustement de la distance comprise entre les plaques mobiles 5 et les plaques fixes 4 en fonction des dimensions des échantillons. En outre, lors de l'insertion ou de l'extraction des échantillons (début et fin des essais), l'espacement nécessaire des plaques doit être vérifié pour permettre l'insertion manuelle des échantillons et/ou leur extraction avec un espace suffisant, et laisse aussi les échantillons dans un état de relaxation à la fin
de l'essai. Ce dernier mouvement de séparation vers la posi-
tion d'espacement des plaques se produit automatiquement à la fin de chaque essai et laisse la machine prête à recevoir
les échantillons pour l'essai suivant.
La totalité des éléments indiqués précédemment et destinés au réglage micrométrique de l'espacement des plaques est déplacée sous forme d'un tout grâce au mouvement transmis par l'ensemble formé par la tige de raccordement et la manivelle à la plate-forme 16 qui transmet elle-même ce mouvement a l'ensemble formé par les montants et les plaques mobiles. Pour que tout le poids de cet ensemble ne repose pas
sur l'ensemble à tige de raccordement et manivelle, des res-
sorts compensateurs 28 sont incorporés et supportent cette masse, et ils sont munis de régulateurs de tension 29
destinés à être ajustés en fonction du poids de l'ensemble.
Enfin, il faut noter qu'un second capteur linéaire 30 est destiné à lire la position des plaques, il est fixé à une plaque fixe, et une tige verticale 31 peut coulisser dans ce capteur, chaque extrémité de cette tige étant fixée à un élément correspondant 32 lui-même fixé aux plaques mobiles extérieures 5, si bien que ce capteur linéaire 30 est utilisé pour déterminer le déplacement absolu des plaques fixes 4 par rapport aux plaques mobiles 5 pendant l'essai. De même, un troisième capteur 33 est destiné à
détecter la rotation de l'arbre correspondant au motoré-
ducteur 12 pour déterminer la fréquence des déplacements
vers le haut et vers le bas des plaques mobiles 5.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux machines qui viennent d'être décrites uniquement à titre d'exemple non limitatif
sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (12)
1. Machine d'essais dynamiques de fatigue d'échantil-
ions polymères alvéoles, destinée à soumettre des échan-
tillons de dimensions normalisées à des compressions et décompressions répétées pendant un nombre déterminé de cycles, avec compression des échantillons entre deux valeurs préétablies d'épaisseur, pour la mesure ultérieure de la
perte de dureté et de la réduction de hauteur de l'échan-
tillon lui-même et à permettre un réglage de précision très élevée des paramètres de l'essai, et pouvant être adaptée à différents échantillons à partir d'une console d'opérateur, l'ensemble du processus étant exécuté automatiquement, la machine étant caractérisée en ce qu'elle comprend deux parties nettement différenciées, une partie supérieure (1) et une partie inférieure (2), cette dernière comprenant une structure de base dans laquelle est monté un système mécanique de manoeuvre, alors que la partie supérieure (1) comporte deux ensembles de plaques métalliques horizontales (4 et 5) destinées à assurer la compression des échantillons
pertinents, les plaques (4) d'un premier ensemble sur les-
quelles sont placés les échantillons étant fixes alors que
les plaques (5) de l'autre ensemble sont mobiles en direc-
tion verticale pour la compression des échantillons, le système mécanique de manoeuvre comprenant deux ensembles mécaniques associés fonctionnellement et pouvant travailler indépendamment, l'un des ensembles comprenant un dispositif de réglage de la position relative en hauteur de l'ensemble des plaques mobiles (5) par rapport à l'ensemble des plaques fixes (4), lors du déplacement vertical des plaques mobiles, alors que l'autre ensemble comporte un dispositif destiné à transmettre un mouvement à une plate-forme horizontale (16) sur laquelle repose l'ensemble du système mécanique de manoeuvre, toutes les opérations étant commandées par une
unité logique programmable associée à la machine.
2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les plaques fixes (4) sont montées horizontalement et sont régulièrement espacées entre les extrémités de montants verticaux (7) dont l'extrémité inférieure est fixée à une plate-forme disposée en haut de la partie inférieure (2) de la machine, l'espacement et le blocage en position des plaques (4) sur les montants (7) étant déterminés par des manchons respectifs d'entretoises placés entre les plaques (4) et disposés sur les montants eux-mêmes (7).
3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que les montants verticaux (7) des plaques fixes (4) ont
des emplacements correspondant au sommet d'un rectangle ima-
ginaire, les plaques ayant une forme rectangulaire et possédant des trous respectifs pour le passage des montants
(7) de l'ensemble.
4. Machine selon l'une des revendications 2 et 3,
caractérisée en ce que les plaques fixes (4) ont de nombreux trous (8) qui les traversent afin que leur poids soit réduit et que la ventilation des échantillons eux-mêmes soit facile.
5. Machine selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisée en ce que la partie supérieure (1) dans laquelle sont placées les plaques fixes (4) possède un couvercle protecteur (6) muni de portes d'accès permettant l'insertion et l'extraction des échantillons, le couvercle (6) étant choisi parmi les couvercles transparents et non transparents.
6. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les plaques mobiles (5) ont un contour plus petit que celui des plaques fixes (4) et sont montées horizontalement à intervalles réguliers entre les extrémités de montants
verticaux (9) mobiles verticalement dont l'extrémité infé-
rieure est raccordée à une plate-forme de support (10) placée dans la partie inférieure correspondante (2) de la machine.
7. Machine selon l'une des revendications 1 et 6,
caractérisée en ce que le dispositif incorporé à l'ensemble pour la transmission du mouvement aux plaques mobiles (5) et
aux éléments qui leur sont associés comporte un motoréduc-
teur (12) destiné à entraîner une manivelle (13) à laquelle est raccordée une tige de raccordement (14) dont l'extrémité est articulée, par un élément (15), sur la plate-forme (16) qui est elle-même fermement raccordée par des entretoises rigides (17) à une seconde plate-forme (18) placée à un niveau supérieur, cette seconde plate-forme (18) constituant un support pour un second motoréducteur (19) permettant le réglage de la position relative des plaques mobiles (5) par rapport aux plaques fixes (4), la tige de raccordement (14) étant raccordée à la manivelle (13) par une glissière (21), afin que la position de coopération puisse être ajustée en fonction d'une hauteur plus ou moins grande de la tige de raccordement (14), et que les déplacements vers le haut et vers le bas de l'ensemble associé aux plaques mobiles
considérées (5) puissent ainsi être réglés.
8. Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que le motoréducteur (19) monté sur la plate-forme (18) possède un arbre transversal et horizontal (23) dépassant dans les deux sens et ayant, à ses deux extrémités, un pignon conique (24) en prise avec d'autres pignons (25) montés à l'extrémité supérieure de broches respectives (26) qui entraînent la plate-forme (10) à laquelle sont fermement raccordées les extrémités inférieures des montants (9) de support des plaques mobiles (5), et permettant un réglage précis de l'espacement des plaques fixes (4) et mobiles (5)
en fonction des dimensions des échantillons eux-mêmes.
9. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce que les plaques fixes supérieure et inférieure (4) sont raccordées par des guides rectilignes (11) du type à billes assurant le maintien de la position verticale des montants
(9) sur lesquels sont disposées les plaques mobiles (5).
10. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'un capteur électronique (27) est fixé à l'une des broches (26) et est destiné à détecter la position des plaques mobiles (5), les signaux correspondants du capteur étant transmis à l'unité logique programmable pour le réglage de la position et du fonctionnement du motoréducteur (19) utilisé pour l'ajustement de l'espacement des plaques
mobiles (5) et fixes (4).
11. Machine selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisée en ce qu'un capteur linéaire (30) est disposé d'un premier côté de la partie supérieure (1) et est fermement fixé à une plaque fixe (4) afin qu'il détecte la position et le déplacement absolus correspondant des plaques fixes (4) par rapport aux plaques mobiles (5), le capteur (30) étant traversé par une tige verticale rigide (31) fixée à ses extrémités à des éléments (32) fermement
raccordés aux plaques mobiles extérieures (5).
12. Machine selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisée en ce que l'assemblage comprenant les deux ensembles de plaques (4 et 5), les montants (7 et 9) sur lesquels elles sont montées, les broches (26), le motoréducteur (19) qui les entraîne, les plates-formes associées (10, 16 et 18) et les entretoises correspondantes (17), est en appui, par l'intermédiaire de la plate- forme inférieure (16), sur des ressorts (28) d'amortissement
destinés à encaisser le poids de l'assemblage, les extrémi-
tés inférieures des ressorts étant en appui sur des régu-
lateurs respectifs de tension (29) permettant un ajustement, ces régulateurs étant placés dans une région inférieure de
la partie inférieure (2) de la machine.
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