Utilisation des capteurs à courant de Foucault pour la mesure de désalignement

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Lors des essais, la boîte de vitesses est soumise à toutes les conditions de charge qu'elle sera amenée à subir durant son utilisation sans être endommagée. Cela comprend des essais d’effort et de durabilité dans des conditions normales avec des paramètres tels que le couple, la vitesse de l'arbre, la température, etc. Il est également important pour les ingénieurs de comprendre comment la transmission se comporte lors de changement rapide de vitesses, de glissement de la pédale d'embrayage lors d'un démarrage à haut régime, ou de l'apparition de pics de couple extrêmes dus à des changements de vitesse soudains, comme lorsqu'une voiture de rallye franchit une crête. Contrairement au fonctionnement normal, les pics de couple qui dépassent de nombreuses fois le couple nominal du moteur se produisent lors d'une mauvaise utilisation. Un couple excessif écartera l'arbre principal et l'arbre auxiliaire, ce qui entraînera la déformation des arbres. Cela induit des charges sur les points d'appui et peuvent parfois provoquer une rupture permanente.

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Lors du développement d'une boîte de vitesses, il sera donc essentiel de prendre en compte ces conditions de charges extrêmes et de les simuler à l'aide de méthodes de calcul modernes. La simulation est ensuite vérifiée sur le banc d’essai avec les données expérimentales. Pour cette tâche, il est nécessaire d'installer des capteurs dans le boîtier de vitesses à des positions adéquates pour mesurer les mouvements de l'arbre dans toutes les directions. De préférence  aux positions où les mouvements les plus importants se produiront. Les capteurs inductifs basés sur le principe des courants de Foucault sont parfaits pour ce type de mesure, car ils ont une résolution très élevée ainsi qu’une très grande gamme dynamique. En outre, ils résistent facilement aux conditions ambiantes de la boîte de vitesses sous huile, aux hautes températures, aux vibrations ainsi qu'aux chocs. Les capteurs au format compact sont reliés à l'électronique de commande pour le traitement du signal par des câbles en PTFE résistants à la température. Le dispositif de commande est situé à plusieurs mètres à une distance suffisante pour éviter les conditions extrêmes.

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La tâche:

• Détection sans contact des mouvements de la roue différentielle dans les directions axiales et radiales. Conception et remplacement du couvercle de différentiel standard en tôle par un couvercle en aluminium fraisé pour un enregistrement sans vibrations des mesures par les sondes à courant de Foucault.
• Mesure du déplacement axial et radial des arbres de transmission en saillie derrière le roulement à billes ainsi que de la déviation de l'arbre d'entrée. Construction des supports de sondes, des cibles de surface de mesure et du cadre de base entre le couvercle et le boîtier pour créer plus d'espace.
• Acquisition des données de mesure avec une résolution de 1µm et une gamme dynamique de 10kHz.
• Installation du système de capteurs dans le dispositif d'essai, étalonnage, opération d’essai et transfert au banc de test.

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Installation des capteurs à courants de Foucault sur la roue différentielle:

Pour déterminer la distance minimale entre les capteurs et les surfaces de mesure, nous utilisons les valeurs maximales des résultats de la simulation pour éviter une collision entre la tête du capteur et la surface de mesure. En principe, pour les mouvements sinusoïdaux, les têtes de capteur doivent être installées à une distance de base correspondant à la moitié de la plage de mesure.  Les déplacements les plus importants sont à prévoir au niveau de l'engrenage différentiel. Pour déterminer le battement radial et la concentricité qui en résulte, 2 capteurs à courants de Foucault sont installés de manière à être décalés de 90°. Deux autres têtes de capteur sont installées de la même manière pour mesurer le déplacement axial de l'engrenage. Les câbles étanches à l’huile des capteurs à courants de Foucault conduisent les données mesurées vers l'extérieur à travers le couvercle du différentiel.

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Boîtier de vitesses avec capteurs à courants de Foucault (sans couvercle différentiel)

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Pour l'adaptation au banc d'essai et l'installation des capteurs sur la roue du différentiel, un couvercle en aluminium fraisé est utilisé à la place du couvercle standard en tôle fine pour accueillir les capteurs sans contact. Tous les capteurs peuvent être installés sans problème dans ce couvercle en aluminium et l'ensemble peut être monté comme un groupe complet de composants au-dessus de la roue différentielle pour enregistrer les données de mesure. Pour permettre le déplacement axial et le réglage de la distance de base, les capteurs à courants de Foucault sont fixés dans les supports de capteurs à l'aide de goupilles de serrage.

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Couvercle différentiel avec capteurs à courants de Foucault installés

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Installation des capteurs à courants de Foucault sur les arbres d'entrée et de sortie de la boîte de vitesses derrière le roulement à billes:

Les extrémités des arbres sont équipées d'un jeu de points de mesure pour recevoir les capteurs. Ces capteurs sont accessibles de l'extérieur et scellés par des joints toriques pour assurer l'étanchéité. Afin d'obtenir une surface homogène non perforée pour la mesure des courants de Foucault, les dents de l'engrenage sont équipées de manchons de mesure et de plaques d'extrémité pour la mesure radiale et axiale.

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Arbres de transmission avec installation complète des capteurs de courants de Foucault.

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En plus d'un socle permettant de gagner de la place pour les sondes et leurs supports, le jeu de points de mesure comprend deux supports de capteurs cylindriques qui sont montés sur les extrémités d'arbre dans le boîtier de la boîte de vitesses. Chaque support de capteur comporte des réceptacles pour deux capteurs, chacun décalé de 90 degrés, pour mesurer le déplacement radial. Le déplacement axial des arbres de la boîte de vitesses est mesuré par un capteur monté sur chaque face d'extrémité.

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Jeu de points de mesure avec support, surfaces de mesure et cadre de base.