Vérin rotatif, série 215 Informations de produit

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1 Vérin rotatif, série 215 Informations de produit l A

2 Copyright Marques déposées 2000 MTS Systems Corporation. Tous droits réservés. MTS est une marque déposée de MTS Systems Corporation. DTE est une marque déposée de Mobil Corporation. Tellus est une marque déposée de Shell Oil Corporation. Molykote est une marque déposée de Down Chemical Corporation. Pour nous contacter : MTS Systems Corporation Technology Drive Eden Prairie, Minnesota USA Libre : (en USA ou Canada) Tél.: (hors des USA et du Canada) Télécopie : MTS Systems GmbH Hohentwielsteig Berlin-Zehlendorf Tél.: 030/ Zentrale Télécopie: 030/ info@mts.com Publication NO. DE RÉFÉRENCE DU MANUEL A (transduit de B) DATE DE PUBLICATION Avril 2004 (April 1996)

3 Table des matières Chapitre 1 Introduction Description fonctionnelle Matériel en options Systèmes à vérin rotatif en boucle fermée Données techniques Données techniques du vérin Données techniques des options Chapitre 2 Fonctionnement Caractéristiques de poussée axiale ( thrust load ) et charge latérale ( side load ) Définition des termes mathématiques Configuration d un essai Sans flexure Configuration d un essai Avec flexures standards Configuration d un essai Avec flexures de diaph Résumé des calculs de la charge latérale Calculs de la charge latérale Sans flexure Calculs de la charge latérale Avec flexures standards Calculs de la charge latérale Avec flexures de diaphragme Inertie de rotation Déterminer l inertie de rotation maximum (JT) Options de commande de l inertie de rotation Chapitre 3 Entretien Procédures d'entretien de routine Diagnostic de rendement anormal du vérin Tests de performance du vérin Débit excessif par les palettes ( vane ) Débit anormal à l orifice de trop plein Frottement statique maximum dépassé Fuites aux joints d étanchéité basse pression Démontage du vérin et de la bride ( flange ) Enlever l option ADT/RVDT Enlever la bride de raccordement ( flange adapter ) Démontage du vérin Inspection du vérin Remontage du vérin et de la bride ( flange ) Remontage du ADT/RVDT

4 Chapitre 4 Installation Mise en place du vérin Mise en place du capteur de couple et de la parenthèse de réaction Mise en place de la flexure de diaphragme Aligner les composants du train de force Alignement des composants sur une plaque de montage de MTS Alignement de la ligne médiane des composants Listes des illustrations Illustration 1-1 Vérin rotatif, modèle Illustration 1-2 Système d essai à vérin rotatif typique avec matériel optionnel Illustration 1-3 Schéma fonctionnel d un système d essai Avec vérin rotatif Illustration 1-4 Dessin des dimensions du vérin Illustration 1-5 Dessin des caractéristiques du support de pied Illustration 1-6 Dessin des caractéristiques de la parenthèse de réaction Illustration 1-7 Dessin des caractéristiques de la flexure de diaphragme Illustration 1-8 Dessin des dimensions de la bride de raccordement ( flange adapter" Illustration 2-1 Charges sur vérin et éprouvette par torsion de la table de montage 2-5 (à l exclusion des poussées axiales (excludes thrust loads) Illustration 2-2 Forces résultant de la torsion de la table de montage (flexures incorporées Illustration 2-3 Forces résultant de la torsion de la table de montage (Flexures de diaphragme) 2-16 Illustration 2-4 Calculs de l inertie de rotation Illustration 3-1 Vue en coupe du vérin du modèle Illustration 3-2 Composants ADT / RVDT Illustration 3-3 Montage de la bride de raccordement ( flange adapter ) Enlever du vérin Illustration 3-4 Illustration 3-4 Montage du vérin Illustration 3-5 Points de mesure de l arbre de rotor Illustration 3-6 Ordre de serrage des boulons du vérin Illustration 3-7 Mise en place de la bride de raccordement ( flange adapter ) Illustration 3-8 Mise en place du ADT/RVDT Illustration 3-9 Raccords électriques du ADT/RVDT Illustration 4-1 Configuration typique du système d essai (Avec table à rainure en T Illustration 4-2 Table de montage et parenthèse de réaction

5 Liste des tableaux Tableau 1-1 Matériel optionnel pour les vérins rotatifs du modèle Tableau 1-2 Valeurs nominales du vérin rotatif de la série 215, selon les modèles Tableau 1-3 Dimensions et poids du vérin Tableau 1-4 Dimensions et Valeurs nominales du support de pied Tableau 1-5 Dimensions et Valeurs nominales des parenthèses de réaction Tableau 1-6 Valeurs nominales et dimensions de l embase de réaction Tableau 1-7 Valeurs nominales et dimensions de la flexure de diaphragme Tableau 1-8 Dimensions de la bride de raccordement ( flange adapter ) et force d inertie Tableau 2-1 Termes mathématiques Tableau 2-2 Inertie de rotation pour Composants du vérin Tableau 2-3 Inertie de rotation (J) maximum permise Avec seulement butées internes de palettes de rotor du vérin Tableau 3-1 Jeux de joints d étanchéité interne du Vérin rotatif du modèle Tableau 3-2 Dimensions du rotor du vérin Tableau 3-3 Serrages au couple du dispositif du vérin Tableau 4-1 Valeurs de serrage au couple des boulons de fixation du vérin Tableau 4-2 Valeurs de serrage au couple des boulons de fixation du vérin Tableau 4-3 Valeurs nominales des flexures de diaphragme et de la bride de raccordement ( flange adapter")

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7 Chapitre 1 Introduction 1.1 Description fonctionnelle Les vérins rotatifs de la série 215 sont des vérins à grande capacité, générant des couples et qui fonctionnent sous pilotage de servovalve de haute précision.. Accouplés à une servovalve et un transducteur MTS appropriés, les vérins de la série 215 fournissent le mouvement rotatoire et le couple requis pour la torsion des matériaux et composants d essai. Un groupe hydraulique les alimente en puissance motrice par l intermédiaire d une servovalve montée avec distributeurs sur le haut du vérin. Les vérins de la série 215 ont un déplacement statique maximum de 100 ou de ± 50. Le déplacement dynamique maximum est de 90 ou de ± 45 avec amortisseur de fin de course ( cushion ) dans les derniers 5 de déplacement M Illustration 1-1 Vérin rotatif, modèle 215 L illustration 1-1 montre le Vérin rotatif de la série 215 avec servovalve/distributeur de servovalve, bride de raccordement ( flange adapter ) et support de pied. Introduction 1-1

8 1.1.1 Matériel en options Diverses options vous sont offertes pour les Vérins rotatifs de la série 215. Référez-vous au chapitre2 de ce manuel pour les informations vous permettant de déterminer les options requises pour les besoins de votre système d essai. L illustration 1-2 montre un système d essai avec vérin rotatif et les composants en option. Le tableau 1-1 décrit chaque composant optionnel. Servovalve P Cell Diaphragm flexure mounting bolts Servovalve Manifold Actuator Flange Adapter P Manifold ADT/RVDT Option Foot mounting assembly Diaphragm flexure Torque cell Reaction bracket assembly Flexure Sample specimen T-slot table Illustration 1-2 Système d essai à vérin rotatif typique avec matériel optionnel TS-G Introduction

9 Tableau 1-1 Matériel optionnel pour les vérins rotatifs du modèle 215 Option Fonction Embase de réaction ou table avec rainures en T Bride de raccordement ( flange adapter ) Flexure de diaphragme Parenthèse de réaction Capteur de couple ADT (Capteur de déplacement angulaire) L utilisation d une embase de réaction ou d une table avec rainures en T avec le vérin rotatif a deux raisons : (1) elle offre une surface de montage pour le vérin et les composants du train de commande; (2) elle offre une structure pouvant réagir aux forces importantes générées par le vérin rotatif. La bride de raccordement ( flange adapter ) (situé derrière la flexure de diaphragme sur la photo) est fixée sur l arbre de rotor par un dispositif de serrage par bride fendue ( split flange clamp assembly ). Les flexures de diaphragme doivent être utilisées aux deux extrémités de l éprouvette s il y a génération de déflexions angulaires et axiales importantes pendant l essai. Lorsque les forces de réaction dépassent les limites de service du vérin indiquées, les flexures de diaphragme servent à réduire la poussée axiale et la charge latérale subies par le vérin. La parenthèse de réaction se fixe sur l embase de réaction ou la table à rainures en T et offre une surface de montage pour le capteur de couple. Chaque parenthèse de réaction est conçue pour retenir un modèle de capteur de couple spécifique. Un capteur de couple fournit un signal de retour électrique précis, proportionnel au couple appliqué à l éprouvette.. Pour de plus amples informations concernant les capteurs de couple MTS, référez-vous aux données techniques du produit approprié de MTS. Un capteur de déplacement angulaire (ADT) connecté à l arbre arrière du vérin, produit un signal électrique cc (en courant continu) proportionnel à la position d angle du vérin. La rotation du vérin générera un signal de retour (de 0 Vcc à ± 10 Vcc) à partir du AVDT (capteur de déplacement angulaire) vers l amplificateur du capteur. La rotation est continue sans induction de couple réactif. Le ADT est un condensateur différentiel de précision couplé à un oscillateur, un démodulateur et un amplificateur solides pour produire une puissance entrée cc sortie cc. Introduction 1-3

10 Tableau 1-1. Matériel en option pour les vérins rotatifs de la série 215 (suite) Option Function RVDT (Transformateur différentiel variable rotatif) Capteur de pression différentielle Un transformateur différentiel variable rotatif (RVDT) fixé à l arbre arrière du vérin produit un signal de retour proportionnel à la position d angle du vérin. Lorsque le vérin tourne, un signal de retour est alors émis vers l amplificateur du capteur. Un RVDT (transformateur différentiel variable rotatif) convertit un déplacement angulaire mécanique en une sortie électrique par le moyen d une porteuse d entrée électrique. Cela comprend un dispositif-rotor auquel l entrée mécanique est appliquée et un dispositif-stator dans lequel les enroulements sont contenus. Le capteur de pression différentiel ( P) est un capteur de pression à un seul bloc, à deux ports et relié à une jauge de contrainte. Selon l application spécifique, le capteur ( P) est utilisé pour stabiliser ou piloter la sortie de force du vérin. Le capteur ( P) (situé au-dessous de la servovalve) fournit un signal de retour vers un contrôleur surveillant la pression du fluide dans le carter du vérin. Pour de plus amples informations concernant les capteurs P de MTS, référez-vous aux données techniques du produit approprié de MTS. 1-4 Introduction

11 1.1.2 Systèmes à vérin rotatif en boucle fermée Pilotage en boucle fermée Dans un système de pilotage en boucle fermé contenant un vérin rotatif, un signal de commande envoyé à la servovalve du vérin est comparé à un signal de retour reçu d un transducteur du vérin. L illustration 1-3 montre un schéma fonctionnel des composants les plus importants faisant partie d un système typique de pilotage en boucle fermée à vérin rotatif. Program Command Controller DC Error Valve Driver Hydraulic Power Supply Feedback Selector Transducer Conditioner Transducer Conditioner P Transducer Feedback ADT/RVDT Transducer Feedback Servovalve and Manifold 215 Rotary Actuator Specimen Torque Cell Transducer Conditioner Torque Transducer Feedback Illustration 1-3 Schéma fonctionnel d un système d essai Avec vérin rotatif Comme le montre le schéma fonctionnel, un signal de commande programmé est entré dans le contrôleur. Le signal de commande est comparé au signal de retour provenant de l un des capteurs du vérin. Si le signal de commande est égal au signal de retour provenant de l amplificateur du transducteur, c est qu il n y a pas d erreur cc et le circuit de la commande de valve produit un petit signal de pilotage de servolvae ou n en produit aucun. Si le signal de commande n est pas égal au signal de retour, un signal d erreur cc est alors envoyé au circuit de la commande de valve. Le circuit de la commande de valve utilise ce signal pour générer un signal de pilotage de servovalve. Le signal de pilotage de servovalve provoque l ouverture de la bobine de la servovalve dans une direction et d une grandeur nécessaire pour qu un écoulement régulé du fluide hydraulique se dirige vers les conduites de pression ou de retour. Le vérin se déplace en réponse à l écoulement du fluide hydraulique. Le signal de retour constant du système en boucle fermée permet au contrôleur de maintenir un pilotage précis du couple ou déplacement du vérin. Introduction 1-5

12 1.2 Données techniques Les vérins rotatifs de la série 215 existent en 6 modèles. Ce chapitre liste les données techniques pour à la fois le vérin rotatif de la série 215 et pour ses options. Le tableau 1-2 liste les valeurs caractéristiques de fonctionnement/puissance du vérin d après le numéro des modèles. Le tableau 1-3 liste les données techniques du dispositif du vérin de base montré dans l illustration 1-4. Les tableaux de 1-4 à 1-7 listent les données techniques des options et ustensiles illustrés dans les illustrations de 1-5 à 1-7. Les lettres entre parenthèses indiquent les valeurs utilisées dans les calculs effectués dans le chapitre Données techniques du vérin Tableau 1-2 Valeurs nominales du vérin rotatif de la série 215, selon les modèles Modèle Couple nominal* Déplacement Poussée axiale Q (Maximum) Charge latérale P (Maximum) Couple de flexion M (Maximum) lbf-in. N-m in. 3 /rad cm 3 /rad lbf kn lbf kn lbf-in. N-m , , , , , , , , , , Introduction

13 Modèle Vitesse Max Limitation amortisseur de fin de course, Système américain Système métrique rad/sec rad/sec. Inertie de rotation du vérin rotatif lbm-in. 2 J kg-m 2 I w = Error! w = Error! w = Error! w = Error! w = Error! w = Error! w = Error! w = Error! w = Error! w = Error! w = Error! w = Error! * Le vérin est conçu pour usage cyclique au couple nominal : nominal à pression différentielle maximum à 3000 psi (21 Ppa). P et M dépendent l un de l autre : si P est au maximum, M doit être à zéro; si P = 75% du maximum, M peut aller jusqu à 25% de sa valeur maximum. Si ces valeurs doivent être dépassées, il faut des amortisseurs de fin de course internes supplémentaires, contactez MTS. w = vitesse de rotation en rad/sec et J ou I = inertie de rotation en lbm-in. 2 ou kg-m 2 incluant les forces d inertie provenant du vérin rotatif, de la bride ( flange ), de la flexure et de 1/2 de l éprouvette d essai (lbm = masse en livres). N inclut pas la bride de raccordement ( flange adapter ) C B K dia. thru, 7 holes on a G cir. bolt circle, 45 apart A P H M Q G 0.12 in. (3 mm) F E D E 0.12 in. (3 mm) TS-G101 Illustration 1-4 Dessin des dimensions du vérin Introduction 1-7

14 Tableau 1-3 Dimensions et poids du vérin Modèle A B C D E in. mm in. mm in. mm in. mm in. mm Modèle F G H K Poids in. mm in. mm in. mm in. mm lb kg * 88.6* * 130.0* * Contient un épaulement de 0.12 in. (3.0 mm), signifie 0.01 in. (0.25 mm) supérieur dans le diamètre que la dimension A. Disposition pour a plus de trous de perçage, à distances non-égales.. Dimensions et poids peuvent changer sans avertissement. Contactez MTS pour dimensions et poids critiques en ce qui concerne vos besoins. 1-8 Introduction

15 1.2.2 Données techniques des options Les données techniques de la plupart des options communes disponibles pouvant être utilisées avec les vérins rotatifs de la série 215, sont décrits cidessous. Referez-vous au paragraphe pour une description des fonctions de tout le matériel en option disponible pour être utilisé avec le vérin. Support de pied L option support de pied facilite la fixation du vérin sur une embase de réaction et apporte également une certaine flexibilité. Le tableau 1-4 liste les dimensions pour le support de pied et quelques valeurs nominales de déflexion et de force d importance. Pour ce qui est de la signification des lettres, référez-vous à l illustration 1-5. Tableau 1-4 Dimensions et Valeurs nominales du support de pied Modèle A B C D in. mm in. mm in. mm in. mm Modèle E F G poussée axiale* H (Maximum) in. mm in. mm in. mm lbf N Introduction 1-9

16 Modèle Déflexion Poussée axiale I (Maximum) in. mm lbfin. Couple de flexion* horizontale* J (Maximum) Déflexion angulaire K Couple de flexion* verticale L (Maximum) Déflexion angulaire M N-m rad lbf-in. N-m rad , , * Poussée axiale (H) et couples de flexion (J et L) dépendent les uns des autres. Les valeurs limites de H présument que J = 0 et L = 0. Les valeurs limites de J et L H présument que H = 0. Les valeurs limites doivent diminuer par rapport à d autres charges présentes, p. ex., si H = 75% de la valeur limite, J et L ne doivent pas monter à 25% de la valeur limite. Dimensions et poids peuvent changer sans avertissement. Contactez MTS pour la vérification des dimensions et des valeurs limites critiques. L M I B A D E H C I G dia. thru 4 holes F J K D E H L M J K A G dia. thru 4 holes F TS-G110 C B TS-G111 Illustration 1-5 Dessin des caractéristiques du support de pied Illustration 1-6 Dessin des caractéristiques de la parenthèse de réaction 1-10 Introduction

17 Parenthèses de réaction Les parenthèses de réaction fournissent un raccord rigide à torsion entre le capteur de couple et l embase de réaction. Les parenthèses de réaction apportent une certaine flexibilité et acceptent facilement les capteurs de couple de MTS.. Le tableau 1-5 liste les dimensions des parenthèses. Pour ce qui est de la signification des lettres, référez-vous à l illustration 1-6. Tableau 1-5 Dimensions et Valeurs nominales des parenthèses de réaction Modèle A B C D E F in. mm in. mm in. mm in. mm in. mm in. mm Modèle G Poussée axiale* H (Maximum) Déflexion Poussée axiale I (Maximum) Couple de flexion* horizontale J (Maximum) Déflexion angulaire K Couple de flexion* verticale L (Maximum) N-m in. Déflexion angulaire M in. mm lbf N in. mm lbfin. N-m rad lbf- rad , , * Poussée axiale (H) et couples de flexion (J et L) dépendent les uns des autres. Les valeurs limites de H présument que J = 0 et L = 0. Les valeurs limites de J et L H présument que H = 0. Les valeurs limites doivent diminuer par rapport à d autres charges présentes, p. ex., si H = 75% de la valeur limite, J et L ne doivent pas monter à 25% de la valeur limite. Dimensions et poids peuvent changer sans avertissement. Contactez MTS pour la vérification des dimensions et valeurs limites critiques pour vos exigences. Introduction 1-11

18 Embases de réaction Les embases de réaction sont construites en acier à haute résistance et conçues pour une haute rigidité en torsion. Elles acceptent facilement les vérins rotatifs et les parenthèses de réaction de MTS. Si vous utilisez les options parenthèses de réaction et support de pied, la rigidité/flexibilité est suffisante pour empêcher des charges latérales excessives du vérin. (Toutefois, il serait bon de revoir les poussées axiales). Lorsque acheté en tant que système, la longueur de l éprouvette est totalement réglable (dans les limites spécifiées) sans demande de ré-alignement du vérin et de la parenthèse de réaction. Si requis, il existe des pieds permettant d élever les tables à une hauteur donnée. Le tableau 1-6 liste les dimensions, le poids et la rigidité en torsion des embases de réaction. Tableau 1-6 Valeurs nominales et dimensions de l embase de réaction Modèle Longueur Largeur Hauteur* Espace maximum in. mm in. mm in. mm in. mm Modèle Poids Rigidité en torsion lb kg lbf-in./rad N-m/rad x x x x x x x x x x x x 10 6 * Sans pieds. Tables plus longues disponibles sur demande Espace maximum entre les surfaces de montage de la bride de sortie ( output flange ) du vérin et du capteur de couple (avec parenthèse de réaction de MTS supportant le capteur de couple) Rigidité en torsion sur toute la longueur. La rigidité augmente proportionnellement lorsque le vérin et la parenthèse de réaction se déplacent l une vers l autre. Dimensions et poids peuvent changer sans avertissement. Contactez MTS pour la vérification des dimensions et valeurs limites critiques pour vos exigences Introduction

19 Flexures de diaphragmes Comme décrit dans le chapitre Indications à propos de la Configuration d essai ( Test Setup Considerations ), une ou deux flexures de diaphragme sont utilisées lorsqu une poussée axiale ou des charges latérales importantes surviennent dans les configurations d essai avec à la fois vérin rotatif et parenthèse de réaction rigidement fixés sur l embase de réaction. L option de bride raccordement ( flange adapter ) est requise pour la fixation de la flexure de diaphragme sur le vérin. La flexure de diaphragme se fixe facilement sur les capteurs de couple. L inertie de rotation de la flexure de diaphragme doit être inclue dès la détermination de la puissance du vérin. Le tableau 1-7 liste les dimensions de flexure et quelques valeurs limites/nominales importantes de déflexion et de force. Pour ce qui est de la signification des lettres, référez-vous à l illustration 1-7. Tableau 1-7 Valeurs nominales et dimensions de la flexure de diaphragme Modèle A B C D E F G in. mm in. mm in. mm Taille du filetage in. mm in. mm in. mm / / / i / / / Model H Poussée axiale J (Maximum) Déflexion K (Maximum) Couple de flexion* horizontale L (Maximum) Déflexion angulaire M Inertie de rotation in. mm lbf N in. mm lbfin. N-m rad lbm-in. 2 kg-m Dimensions et poids peuvent changer sans avertissement. Contactez MTS pour la vérification des dimensions et valeurs limites critiques pour vos exigences Introduction 1-13

20 M A B J Typical Output Shaft (For Illustration Only) K Thread: D, E deep. Counterbore: F dia. G deep. Bolt Circle: Equally spaced on H dia. C TS-G108 Illustration 1-7 Dessin des caractéristiques de la flexure de diaphragme Brides de raccordement ( flange adapters ) Il est possible d utiliser une bride de raccordement ( flange adapter ) pour le montage de l éprouvette sur le érin. La position de montage du raccord est réglable. L axe du vérin peut sortir au-delà du raccord, être à la même hauteur ou rentré dedans. Le diamètre A (montré dans l illustration 1-8) peut être utilisé comme pilote superficiel. Le tableau 1-8 liste la force d inertie et les dimensions du raccord ( adapter ). Pour ce qui est de la signification des lettres, référez-vous à l illustration 1-8. Tableau 1-8 Dimensions de la bride de raccordement ( flange adapter ) et force d inertie Modèle A B C D in. mm in. mm in. mm in. mm Modèle E F G Inertie de rotation Taille du in. mm in. mm lbm-in. 2 kg-m 2 filetage / / / / / / Introduction

21 Dimensions et poids peuvent changer sans avertissement. Contactez MTS pour la vérification des dimensions et valeurs limites critiques pour vos exigences B A Thread: E, F deep Bolt Circle: Equally spaced on G dia. 8 holes Adjustable, see text C D Rotary Actuator Illustration 1-8 Dessin des dimensions de la bride de raccordement ( flange adapter" Introduction 1-15

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23 Chapitre 2 Fonctionnement Introduction Ce chapitre traite des calculs et mesures de précautions à prendre dans le but de produire des résultats d essai précis et d aider à protéger le matériel et le personnel. Bien que certains des calculs inclus dans ce chapitre puissent ne pas être nécessaires à des conditions d essai spécifiques, il vous est tout de même recommandé de lire chaque chapitre et de vous assurer que le vérin fonctionnera dans les limites des valeurs minimales de ses poussée axiale, charge latérale et inertie de rotation.! Mise en Garde Ne pas dépasser les valeurs limites/nominales de la poussée axiale, de la charge latérale ou de l inertie de rotation du vérin. Risque d endommagement du matériel et de blessure du personnel par dépassement des valeurs limites/nominales de la poussée axiale, de la charge latérale ou de l inertie de rotation du vérin et annule toute garantie en cours sur le Vérin rotatif de la série 215. Vérifiez bien si les valeurs limites/ nominales de la poussée axiale, de la charge latérale ou de l inertie de rotation pour le vérin dépassent les forces escomptées de l essai. Ce chapitre présente les calculs servant à trouver les forces escomptées de l essai. 2.1 Caractéristiques de poussée axiale ( thrust load ) et charge latérale ( side load ) Les poussées axiales et charges latérales pouvant survenir lors des essais proviennent généralement des facteurs suivants : Raccourcissement ou rallongement de l éprouvette due à un effort de torsion Raccourcissement ou rallongement de l éprouvette due à la température Mauvais alignement de l éprouvette d essai lors du montage initial Torsion de la table de montage ou table avec rainure en T Déformation permanente de l éprouvette due à un effort de torsion Fonctionnement 2-1

24 Poussées axiales Le tableau 1-2 liste la poussée axiale (Q) permise pouvant être appliquée à l arbre de rotor du vérin. Les poussées axiales pouvant être induites dans une grande variété de conditions expérimentales, ce manuel n essaiera pas de définir ou de prédire les forces pouvant résulter de situations d essai spécifiques. S il est possible que la valeur nominale maximum de poussée axiale soit dépassée pendant l essai, il faudra effectuer des étapes permettant de réduire la poussée. L un des moyens de réduire l effet des poussées axiales sur les paliers du vérin est de monter des flexures de diaphragme. Les poussées axiales peuvent avoir un effet important sur les paliers du vérin. Ces effets sont une fonction de géométrie de l éprouvette, matériel et température comme montré dans l exemple suivant : Faîtes monter la température d un axe d acier de 1 in./po. (25.4 mm) de diamètre et de 50 in./po. (1.270 mm) de longueur à 40 F (22 C). Cette augmentation de la température de l éprouvette provoque un allongement de l axe d environ in./po. (0.305 mm). Si l axe est monté sur un train de force utilisant un vérin rotatif 215, l allongement de l axe exercera une force résultante de lbs sur les paliers du vérin. La restriction de la force résultante à un maximum acceptable requiert l ajout de flexures de diaphragmes sur le train de force. La multiplication de la rigidité de la flexure de diaphragme par la valeur d allongement de l éprouvette donnera la poussée axiale imposée aux paliers du vérin. Utilisez la formule suivante pour calculer la poussée axiale maximum appliquée aux paliers du vérin avec utilisation des flexures de diaphragme: Rigidité de la flexure (Déflexion de la poussée axiale maximum de la flexure) = Poussée axiale maximum Charges latérales Les charges latérales, normalement induites par un mauvais alignement de l éprouvette et/ou compliance/souplesse de la table de montage ou table avec rainures en T, peuvent être actives en même temps que les poussées axiales le sont. Si l éprouvette est molle, comme par exemple une longueur de tuyau en caoutchouc, les charges latérales sur le vérin sont alors relativement faibles. Ceci est du au fait que l éprouvette se ploie facilement et exerce une faible résistance à la déflexion provoquée par la torsion de la table de montage. Toutefois, si l éprouvette est plus rigide (en acier par exemple), la résistance intensifiée de l éprouvette à la flexion exerce des charges latérales substantielles sur les paliers du vérin et le capteur de couple, dues aux caractéristiques de retenue/maintien de la configuration de l essai. Comme dans la configuration de l essai pour les poussées axiales, les flexures de diaphragme peuvent être utilisées pour réduire les charges latérales à une limite raisonnable. 2-2 Fonctionnement

25 NOTE La durabilité d un vérin se trouve normalement réduite par les poussées axiales et charges latérales importantes. C est pourquoi il est recommandé d utiliser des flexures de diaphragmes et une table de montage rigide, même si les valeurs limites de charge latérale et de poussée axiale du vérin sont suffisantes pour les conditions de l essai. 2.2 Définition des termes mathématiques Ce sous-chapitre liste et définit les termes mathématiques requis pour effectuer les calculs contenus tas le s paragraphes et Les termes sont listés par ordre alphabétique et définis avec les unités de mesure en système américain et en système métrique SI. Lors des calculs des sous-chapitres 2.3 et 2.4, il peut se révéler utilise de faire une copie du tableau 2-1 et de l utiliser en référence. Fonctionnement 2-3

26 Tableau 2-1 Termes mathématiques Terme Définition Terme Définition 2-4 Fonctionnement

27 a = distance de la ligne médiane du vérin au centre de la hauteur (in./po.) (mm) solide de la table montage β = (d/b) b = largeur (in./po.) (mm) de l embase de réaction. d = épaisseur (in./po.) (mm) de l embase de réaction. Mesure du métal solide seulement. Ne pas inclure la profondeur de rainure en T. E S = Module d élasticité de de la table de montage ou table avec rainure en T, cisaillement (lb/in. 2 ) (N/m 2 ). E T = Module d élasticité de l éprouvette, effort (lb/in. 2 ) (N/m 2 ). I = Moment d inertie pour un solide rond (in. 4 ) (mm 4 ). = πr 4 /4. k 1 = Rigidité en torsion d une mince table plate (lbf-in./rad) (N-m./rad). = E s (ß)bd 3 L 1 k2 = rigidité latérale d une éprouvette cylindrique solide (lbf/in.) (kn/mm). = 12 E T I L 2 3 k F1 = rigidité horizontale angulaire du vérin et des flexures des parenthèses de réaction (lbfin./rad) (N-m/rad). = M F1 /θ F1 k F2 = rigidité latérale des flexures de diaphragme (lbf-in./rad). = M F2 /θ F2 L 1 = longueur de la table de montage ou table avec rainures en T soumise à la torsion (in.) (mm). L 2 = longueur de l éprouvette (in./po.) (mm). Ne pas inclure les châssis de l éprouvette à moins que leur compliance/souplesse ne soit égale ou supérieure à celle de l éprouvette. L F = distance entre les points de flexion des flexures de diaphragme. M = couple de flexion sur vérin et parenthèse de réaction avec flexures standards montées (lbf-in. (N-m). = PL Z M 1 = couple de flexion sur vérin et parenthèse de réaction avec flexures standards montées (lbf-in. (N-m). = k F1 θ Fonctionnement 2-5

28 Tableau 2-1. Termes mathématiques (suite) Terme Définition Terme Définition Μ2 = couple de flexion sur éprouvette d essai avec flexures standards ou flexures de diaphragmes montées (lbf-in. (N-m). M 2 = (M 1 ) L 2 L 1 (Flexures standards) M 2 = k F2 θ ( Flexures de diaphragme) M F1 = flexion latérale maximale des flexures standards (lbf-in.) (N-m). M F2 = flexion horizontale maximale des flexures de diaphragme (lbf-in.) (Nm). P = charge latérale imposée sur l éprouvette d essai et le vérin T = couple de serrage appliqué (lbf-in.) (N-m). u = distance du palier avant à l éprouvette (in./po.) (mm). Inclure les châssis de l éprouvette si leur compliance/souplesse est inférieure à celle de l éprouvette. W = charge sur le palier avant du vérin (lbf) (kn). = décalage de la ligne médiane entre vérin et supports de réaction, par torsion de la table de montage ou table avec rainures en T = T(a) K 1 k 2 a (T) θ = angle de flexion imposée aux flexures (rad). = k 1 k k 1 (a 2 ) θ = L 1 (Flexures standards) r = rayon de l éprouvette d essai (in.) (mm). s = distance entre les paliers avant et arrière (in./po.) (mm). S B = contrainte de flexion sur l éprouvette d essai par torsion de la table de montage (psi) (N/m 2 ). θ = L F (Flexures de diaphragme) θ F1 = déflexion angulaire horizontale maximum des flexures standards (rad). θ F2 = déflexion angulaire maximum des flexures de diaphragme (rad). = M r (Sans Flexures) I M 2r = l (Avec Flexures) 2-6 Fonctionnement

29 2.3 Configuration d un essai Sans flexure Introduction Calculs de la charge latérale L illustration 2-1 montre un exemple de configuration d essai sans flexure. Si les flexures de diaphragme ne sont pas utilisées dans le système d essai à vérin rotatif, il faudra faire particulièrement attention aux charges latérales imposées à l éprouvette et au vérin par la torsion de la table de montage ou table avec rainures en T. La procédure de calcul de la charge latérale suivante est utilisée pour déterminer les charges latérales dues à la compliance/souplesse en torsion de la table de montage ou table avec rainures en T. Lorsque les charges latérales sont inacceptables comme déterminées par ces calculs, des composants optionnels sont nécessaires dans le train de force, pour réduire la charge imposée au vérin et au capteur de couple. Référez-vous au tableau 2.1 pour les définitions des termes mathématiques montrés dans l illustration 2.1. L 1 T M M T b P L 2 d 2r a d/2 TS-G106 Illustration 2-1 Charges sur vérin et éprouvette par torsion de la table de montage 2-5 (à l exclusion des poussées axiales (excludes thrust loads) Fonctionnement 2-7

30 Exemple de calcul L illustration 1-2 montre les forces et mesures appropriées aux calculs. Referez-vous au tableau 1-2 et 1-3 pour les Valeurs nominales et dimensions du Vérin rotatif du modèle utilisé dans cet exemple. La procédure suivante se sert de valeurs de l exemple. Lorsque vous effectuez les calculs pour déterminer les forces escomptées de l essai, les valeurs appropriées à votre essai spécifique doivent être échangées contre les valeurs de l exemple. De plus, l exemple utilise les unités de mesure du système américain. L équivalent des unités de mesure en système métrique se trouve défini dans le tableau 2-1. Calculez la charge latérale (P) et comparez P avec la valeur limite/nominale de charge latérale du vérin se trouvant dans le tableau 1-2. Si P dépasse ou est proche de la valeur limite de charge latérale, il faut alors utiliser deux flexures dans la configuration de l essai. Calculez également SB, l effort de flexion sur l éprouvette en essai. Si SB se trouve au-dessus de la valeur de tolérance déterminée, deux flexures doivent être utilisées dans la configuration de l essai. Exemple : Supposez que le Vérin rotatif du modèle soit monté sur une embase de réaction en acier à rainures en T et qu en résultent les paramètres suivants : Table: 48 in. x 24 in. x 6 in. Profondeur des rainures en T: 2 in. Hauteur (A dans le Tableau 1-4) : 7.75 in. (po.) (de la ligne médiane du vérin à la table du support de pied) Force de torsion admissible du vérin (T): 50,000 lbf-in. Longueur de la table soumise à la torsion (L 1 ): 37 in. Matériau de l éprouvette : Acier (E S = 12 x 10 6, E T = 29 x 10 6 ) Longueur de l éprouvette (L 2 ): 10 in. Rayon de l éprouvette (r): 1 in. Calculer la charge latérale Calculez la charge latérale (P) imposée à l éprouvette d essai et au palier du vérin et résultant de la torsion de la table de montage avec les formules suivantes: P = k 2 k 1 a(t) 1 + k 2 k 1 (a 2 ) A. pour calculer P, il faut tout d abord calculer k 1, d, β, k 2, I, a, et T de la manière suivante: 2-8 Fonctionnement

31 k 1 = E s (β)bd 3 L 1 d = (hauteur de l embase de réaction) - (profondeur des rainures en T) = 6 in. - 2 in. = 4 in. β = (4/24) = Ensuite: k 1 = (12x106 )(0. 298)(24)(4 3 ) 37 = 148.5x10 6 lbf in./rad B. Calculez la valeur de k 2, la rigidité latérale d une éprouvette cylindrique solide, avec la formule suivante : k 2 = 12E T I L 2 3 Soit: E T = 29 x 10 6 lb./in. 2 I = π 1 4 /4 = in. 4 r = 1 in. L 2 = 10 in. Ensuite: (12)(29x10 6 )(0.7854) k 2 = 10 3 = x 10 3 lbf/in. C. Remplacez les valeurs calculées pour k 1, k 2, et les valeurs de l exemple dans l équation d origine pour calculer la charge latérale (P). P = k 2 k 1 a(t) 1 + k 2 k 1 (a 2 ) Soit: a = A + profondeur des rainures en T /hauteur solide de l embase de réaction / 2) = (4/2) = in. T = 50,000 lbf-in (dans le Tableau 1-2, modèle ) Ensuite: Fonctionnement 2-9

32 P = ( k 2 k 1 a(t),1+ k 2 k 1 (a 2 )) = = 862 lbf 273.3x10 3 (11.75)(50, 000) x x x10 6 (11.75)2 La valeur 812 lbf est la charge latérale (P) imposée à l éprouvette d essai et au vérin par la torsion de la table de montage. Calculer le couple de flexion Calculez le couple de flexion (M) sur l éprouvette d essai sans flexures installées, avec la formule suivante : M = Error! Soit: M = Error! = 4310 lbf-in. La valeur de 4310 lbf-in. (po.) est le couple de flexion exercé sur l arbre du vérin et l éprouvette. Dans cet exemple, P = 862 soit 12% de la charge latérale admissible et M = 4310 soit 10% du couple de flexion admissible. La somme est inférieure à 100% en capacité, donc les flexures ne sont pas nécessaires. Calculer la contrainte sur l éprouvette Calculez S B en étape finale: S B = M r/i = Error! = 5488 psi La valeur 5488 psi représente la valeur de la contrainte que l éprouvette subit pendant l essai. Généralement pendant un essai de torsion, la contrainte provoquée par la torsion de l embase de réaction ou table à rainures en T doit être zéro ou aussi proche de zéro que possible. Dans l exemple de calcul, la mise sous contrainte excessive de l éprouvette fait intervenir des charges défavorables sur l éprouvette d essai, pouvant invalider les résultats de l essai ou provoquer une défaillance prématurée de l éprouvette. Pour réduire ces charges, il est nécessaire d employer les options de flexures ou une surface de montage plus rigide Fonctionnement

33 2.4 Configuration d un essai Avec flexures standards Introduction L illustration 2-2 montre un exemple de configuration d essai dans lequel les flexures sont incorporées à la fois au support de pied du vérin et à la parenthèse de réaction. Les flexures servent à réduire les forces latérales excessives appliquées au vérin ou à l éprouvette. Il est important de déterminer si les flexures standards sont appropriées à votre essai ou si des flexures de diaphragmes sont nécessaires. Ce souschapitre décrit les calculs vous permettant de faire cette détermination. Référez-vous au tableau 2-1 pour les définitions des termes mathématiques montrés dans l illustration 2-2. Les définitions des termes spécifiques à une configuration pour flexure standard sont également listées ci-dessous pour votre commodité. Flexure (Integral on standard foot mounting) T M 2 L 1 θ M 2 Flexure (Integral on standard reaction bracket) T M 1 L 2 d a d/2 TS-G107 Illustration 2-2 Forces résultant de la torsion de la table de montage (flexures incorporées = décalage de la ligne médiane entre vérin et supports de réaction, du à la torsion de la table de montage ou table avec rainures en T (in./po.) (mm). = ( T )a k 1 Fonctionnement 2-11

34 θ = angle de flexion imposé aux flexures du vérin et embase de réaction (rad): θ = L 1 θ F 1 = déflexion angulaire horizontale maximum des flexures standards (rad). k F1 = rigidité horizontale angulaire du vérin et de la parenthèse de réaction (lbf-in./rad) (N-m/rad): kf1 = M F1 /θ F1 M 1 = couple de flexion sur vérin et parenthèse de réaction avec flexures standards montées (lbf-in.) (N-m): M 1 = k F1 θ M F1 = flexion horizontale maximale des flexures standards (lbf-in.) (N-m). M 2 = couple de flexion sur éprouvette d essai avec flexures standards montées (lbf-in.) (N-m): M 2 = (M 1 ) L 2 L 1 SB = contrainte de flexion sur l éprouvette d essai par torsion de la table de montage (psi) (N/m 2 ): SB = Error! Exemple de calcul L illustration 2-2 montre les forces et mesures appropriées aux calculs. Referez-vous au tableau 1-2 et 1-3 pour les Valeurs nominales et dimensions du Vérin rotatif du modèle utilisé dans cet exemple. La procédure suivante se sert de valeurs de l exemple. Lorsque vous effectuez les calculs pour déterminer les forces escomptées de l essai, les valeurs appropriées à votre essai spécifique doivent être échangées contre les valeurs de l exemple. De plus, l exemple utilise les unités de mesure du système américain. L équivalent des unités de mesure en système métrique se trouve défini dans le tableau 2-1. Utilisez les valeurs et formules suivantes pour calculer (décalage de la ligne médiane) et ensuite θ (angle de flexion sur les flexures). Si θ n est pas supérieur à θ F1, les flexures standards sont appropriées. Calculez également SB, la contrainte de flexion sur l éprouvette en essai. Si SB se trouve au-dessus de la valeur de tolérance maximum déterminée, deux flexures doivent être utilisées dans la configuration de l essai Fonctionnement

35 Calculer le décalage de la ligne médiane Calculez le décalage de la ligne médiane ( )entre vérin et supports de parenthèse de réaction, du à la torsion de la table de montage, à l aide des formules suivantes: = Error! Soit: a = in. k 1 = x 10 6 Error! T = 50,000 lbf-in. Ensuite: = Error! = in. Calculer l angle de flexion Calculez l angle de flexion (θ)imposé aux flexures du support de pied et de la parenthèse de réaction, à l aide des formules suivantes : θ = L 1 Soit: L 1 = 37 in. Ensuite: θ = = rad Comparer la déflexion angulaire Comparez la déflexion angulaire horizontale maximum de la valeur des flexures standards se trouvant dans le tableaux 1-4 et 1-5 (K = θ F1 = rad.) avec l angle de flexion calculé imposé aux flexures du support de pied et de la parenthèse de réaction (θ= rad.). θ < θ F1 Dans le cas de l exemple de calcul, les flexures sont appropriées. Si les flexures ne sont pas appropriées, une plus grande flexibilité est alors nécessaire ou alors la rigidité de la plaque de montage doit être accrue. Consultez MTS Systems Corporation pour une assistance technique. Fonctionnement 2-13

36 Calculer la rigidité latérale Calculez la rigidité latérale (k F1 ) des flexures du support de pied et de la parenthèse de réaction, à l aide des formules suivantes : k F1 = Error! Soit: M F1 = 2000 lbf-in. ( J dans les tableaux 1-4/1-5) θ F1 = rad. ( K dans les tableaux 1-4/1-5) Ensuite: k F1 = Error! = x 10 6 lbf-in./rad. Calculer le couple de flexion (M1) Calculez le couple de flexion (M 1 ) ) appliqué au vérin et aux parenthèses de réation avec montage des flexures standards : M 1 = (k F1 ) (θ) M 1 = (0.333 x 10 6 in.-lb/rad) ( rad) = 35.6 lbf-in. Calculer le couple de flexion (M2) Calculez le couple de flexion (M 2 ) induit à l éprouvette d essai avec flexures standards montées, à l aide des formules suivantes : M 2 = (M 1 ) L 2 L 1 M 2 = (35.6) M 2 = 9.62 lbf in 2-14 Fonctionnement

37 Calculer la contrainte sur l éprouvette Calculez la contrainte supplémentaire (S B ) induite à l éprouvette d essai, par torsion de la table de montage, à l aide des formules suivantes : S B = M 2 r I S B = 9.62(1) S B = psi La valeur de 12.2 psi représente la valeur de la contrainte subie par l éprouvette pendant l essai et est un niveau de contrainte acceptable. Normalement, dans un essai de torsion, la contrainte provoquée par la torsion de la table de réaction ou table avec rainure en T, doit être zéro ou aussi près de zéro que possible. Le chargement de la contrainte sur l éprouvette apporte des charges défavorables sur l éprouvette d essai pouvant rendre les résultats de l essai non valides ou provoquer une défaillance prématurée de l éprouvette. Fonctionnement 2-15

38 2.5 Configuration d un essai Avec flexures de diaph Introduction Si les valeurs résultant des calculs du sous-chapitre 2.4 indiquent que des flexures de diaphragme sont nécessaires pour réduire les charges latérales à des niveaux acceptables, les calculs suivants doivent alors être effectués dans le but de vérifier si les flexures de diaphragme sélectionnées sont bien appropriées. De plus, ce sous-chapitre présente les équations nécessaires au calcul de la contrainte subie par l éprouvette lors du montage des flexures de diaphragme dans le système d essai. L illustration 2-3 montre un exemple de configuration d essai dans lequel les flexures de diaphragmes sont montées sur les deux extrémités de l éprouvette d essai. Ce montage est nécessaire pour les configurations d essai où le vérin rotatif et la parenthèse de réaction sont tous deux montés rigidement sur l embase de réaction. Référez-vous au tableau 2-1 pour les définitions des termes mathématiques utilisés dans les calculs suivants. Les définitions des termes spécifiques à une configuration pour flexure de diaphragme sont également listées ci-dessous pour votre commodité. Non-Standard Foot Mounting T M 2 L 1 M 2 θ Non-Standard Reaction Bracket T L F Diaphragm Flexures d a d/2 reaction bracket shown are not standard Foot mounting and TS-G105 Illustration 2-3 Forces résultant de la torsion de la table de montage (Flexures de diaphragme) 2-16 Fonctionnement

39 L F = distance entre les points de fléchissement des flexures de diaphragme (in.) θ = angle de flexion imposé à chaque flexure de diaphragme (rad) : θ = /LF M F2 = Capacité de flexion latérale maximum de la flexure de diaphragme (lbf-in.) θ F2 = déflexion angulaire maximum de la flexure de diaphragme k F2 = rigidité latérale de la flexure de diaphragme (lbf-in./rad): k F2 = M F2/ θ F2 M2 = couple de flexion sur éprouvette d essai avec flexures de diaphragme (lbf-in.) (N-m): M 2 = k F2 θ Exemple de calcul L illustration 2-2 montre les forces et mesures appropriées aux calculs. Referez-vous au tableau 1-2 et 1-3 pour les Valeurs nominales et dimensions du Vérin rotatif du modèle utilisé dans cet exemple. Les valeurs résultant des calculs exemples effectués dans les sous-chapitres 2.3 et 2.4 sont utilisées dans les calculs suivants. Utilisez les valeurs et formules précédentes pour calculer (décalage de la ligne médiane) et ensuite θ (angle de flexion sur les flexures). Si θ n est pas supérieur à θ F2, les flexures standards sont appropriées (dans le tableau 1-7, θ F2 = M). Calculez également S B et déterminez si cette valeur se trouvant dans les limites acceptables pour l essai spécifique. a = in. (Distance de la ligne médiane du vérin au centre de la table de montage) k 1 = x 10 6 lbf-in./rad. (Rigidité de torsion de la mince table plate) L 1 = 43 in. (Longueur de la table de montage soumise à la torsion) NOTE La longueur de la table de montage soumise à la torsion a été modifiée de 37 in. (po.) à 43 in. (po.). Ceci est nécessaire car l utilisation des flexures de diaphragme sur les extrémités d une éprouvette fait rallonger la distance entre le support de pied et la parenthèse de réaction. Référez-vous au tableau 1-7, dimension C. Fonctionnement 2-17