Mesure du couple et de la déformation sur un vilebrequin de série avec le moteur en marche
En bref
Le vilebrequin de série est équipé de jauges de déformation à des emplacements choisis sur le modèle 3D du client : couple près du tourillon de palier côté volant moteur, flexion, et déformation dans les congés des manetons. Les fils des jauges cheminent le long de l’arbre vers un ensemble collecteur tournant et amplificateur monté sur l’amortisseur de vibrations du moteur, ou vers un émetteur de télémesure. Avec un collecteur tournant SR/ERT, la vitesse et la position du vilebrequin sont enregistrées sur le même ensemble. Le moteur tourne dans le véhicule ou sur un banc dynamométrique.
- 10 à 36
- voies sur un collecteur tournant SR/ERT
- 10 000 tr/min
- SR/ERT avec 10 voies
- 14.17 g
- amplificateur AMP-SG-M1 côté tournant
Emplacements des jauges
Il n’existe pas de capteur de vilebrequin standard : les conceptions de moteurs diffèrent trop, et Michigan Scientific a équipé des vilebrequins allant de petits moteurs de moto jusqu’à des moteurs de 12 litres. Chaque travail commence sur le modèle 3D du client ou sur ses coupes, où les emplacements des jauges et la place pour le câblage et le collecteur tournant sont définis avant la pose d’une jauge.
Trois mesures sont courantes. Le couple de sortie, issu des jauges sur le tourillon de palier côté volant moteur, est une mesure directe du couple transmis à la boîte de vitesses et constitue généralement la voie principale ; la flexion est la deuxième ; la déformation dans les congés des manetons, zones les plus contraintes, est la troisième. Un bras de tôle d’entraînement est équipé de jauges de la même manière.
Instrumentation
| Jauges | ponts de jauges de déformation sur le vilebrequin de série, posés dans l’atelier Michigan Scientific aux emplacements fixés sur le modèle 3D |
|---|---|
| Collecteur tournant SR/ERT | en bout d’arbre, 10, 20 ou 36 voies, 10 000 tr/min avec 10 voies, 4 000 avec 20, 2 400 avec 36 · codeur 256 à 512 points par tour ou résolveur, n’utilisant aucune des voies · rotor 63,5 ou 50,8 mm, 80 à 115 mm de long |
| AMP-SG-M1 | un pont, alimentation du pont ± 2,5 V ou ± 5 V, gain 100 à 2000 V/V, sortie ± 10 V, 20 kHz à −3 dB, 14,17 g, −40 à 125 °C, étalonnage par shunt à distance |
| Télémesure | émetteur sur la partie tournante, alimenté par batterie ou par induction, sortie analogique ± 10 V au récepteur |
| Température de fonctionnement, SR/ERT | −40 à 100 °C ; −40 à 85 °C avec l’électronique du codeur T |
Chaîne de mesure
Les fils des jauges sont acheminés le long du vilebrequin vers l’avant. Un ensemble collecteur tournant et amplificateur est monté sur l’amortisseur du moteur : l’AMP-SG-M1 alimente chaque pont et porte sa sortie à ± 10 V avant les pistes, et les fils du stator quittent le moteur vers le système d’acquisition de données. Le capteur de rotation du SR/ERT fournit la vitesse de rotation, la position angulaire et le sens de rotation sur des sorties distinctes. Lorsqu’aucune extrémité d’arbre n’est libre, un émetteur de télémesure sur la partie tournante envoie les signaux sans contact.
L’AMP-SG-M1 est collé sur une surface propre avec du Dow Corning 3145 RTV et nécessite un pont complet pour réguler son alimentation. Une alimentation de la série PS fournit ses ± 15 V, coupe l’alimentation du pont en inversant la polarité et applique un étalonnage par shunt positif ou négatif depuis le côté fixe. L’implantation n’est pas la même dans un véhicule que sur un banc dynamométrique, aussi le lieu de l’essai est-il fixé avant de dessiner l’implantation des jauges et du collecteur tournant.
Procédure
- 01
Choisir les emplacements des jauges sur le modèle
Sur le modèle 3D du client, avec la place nécessaire au câblage et au collecteur tournant dans le compartiment moteur ou sur le banc dynamométrique.
- 02
Poser les jauges
Les jauges de déformation sont collées sur le vilebrequin de série dans l’atelier Michigan Scientific, et l’arbre est étalonné.
Capteurs à jauges de déformation sur mesure - 03
Monter le collecteur tournant et l’amplificateur sur l’amortisseur
Le rotor du SR/ERT en bout d’arbre, l’AMP-SG-M1 collé côté tournant, le stator maintenu par un support flexible.
Collecteurs tournants série SR/ERT - 04
Enregistrer avec la vitesse et la position du vilebrequin
Déformations, couple, vitesse et angle sur une même base de temps, dans le véhicule ou sur le banc dynamométrique.
Résultat
Couple, flexion et déformation des congés sur le propre vilebrequin du client, avec la vitesse et la position du vilebrequin, dans le moteur en fonctionnement. Les données permettent de vérifier la résistance de l’arbre et sont comparées aux résultats de simulation ; le couple de sortie sert aussi à l’étude de la transmission dans son ensemble.
Questions fréquentes
Où le couple est-il mesuré sur un vilebrequin ?
Sur le tourillon de palier, côté volant moteur. C’est une mesure directe du couple entrant dans la boîte de vitesses.
L’angle vilebrequin peut-il être enregistré avec la déformation du vilebrequin ?
Oui. Le collecteur tournant SR/ERT embarque un codeur de 256 à 512 points par tour ou un résolveur qui donne la vitesse, la position et le sens de rotation sans utiliser une voie du collecteur tournant.
Existe-t-il un couplemètre de vilebrequin standard ?
Non. Le vilebrequin de série est équipé de jauges de déformation et devient le capteur. Michigan Scientific a instrumenté des vilebrequins allant de petits moteurs de moto jusqu’à des moteurs de 12 litres.
Comment les signaux des jauges de déformation sortent-ils d’un moteur en fonctionnement ?
Par un ensemble collecteur tournant et amplificateur monté sur l’amortisseur de vibrations du moteur, ou par un émetteur de télémesure sur la partie tournante.
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