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Mesure du couple et de la déformation sur un vilebrequin de série avec le moteur en marche

  • Couple de sortie
  • Flexion
  • Déformation au congé
  • Vitesse et position du vilebrequin
Jauge de déformation collée sur un bras de tôle d’entraînement, sous un revêtement de protection transparent, avec ses fils acheminés le long du bras
Une jauge de déformation sur un bras de tôle d’entraînement, sous un revêtement de protection transparent. Photo Michigan Scientific.

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.

Emplacement des jauges sur un vilebrequin et sortie du signal Vue de côté d’un vilebrequin entre l’amortisseur et la tôle d’entraînement. Les jauges de couple sont posées sur le tourillon de palier côté volant moteur (1), les jauges de déformation dans un congé de maneton (2), et sur un bras de tôle d’entraînement (3). Leurs fils cheminent le long de l’arbre vers un ensemble collecteur tournant et amplificateur sur l’amortisseur, dont les fils du stator vont à l’enregistreur. Le couple T ressort vers la boîte de vitesses. 1 2 3 Boîte T Collecteur sur damper Vilebrequin Flexplate
Emplacements des jauges sur un vilebrequin : couple sur le tourillon de palier côté volant moteur (1), déformation de congé sur un maneton (2), bras de tôle d’entraînement (3). Les fils vont au collecteur tournant sur l’amortisseur ; le couple T rejoint la boîte de vitesses.

Instrumentation

Jaugesponts 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/ERTen 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-M1un 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
Télémesureémetteur 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.

Collecteur tournant en bout d’arbre monté dans la poulie de vilebrequin d’un moteur sur un banc dynamométrique, avec connecteurs et fils de thermocouple en dessous
Un collecteur tournant en bout d’arbre dans la poulie de vilebrequin d’un moteur sur un banc dynamométrique. Photo Michigan Scientific.

Procédure

  1. 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.

  2. 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
  3. 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
  4. 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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