FR3000151A1

FR3000151A1 - Element de transmission amortisseur de vibrations de torsion

Info

Publication number: FR3000151A1
Application number: FR1262487A
Authority: FR
Inventors: Philippe Merckx; Xavier Descottes
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: Stellantis Auto Sas Fr
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-06-27
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: CN105102854A; EP2935937A1; WO2014096598A1; CN105102854B; FR3000151B1

Abstract

La présente invention se rapporte à un élément de transmission amortisseur de vibrations de torsion entre un arbre menant et un arbre mené, cet élément permettant de limiter l'excitation vibratoire de l'arbre menant transmise à l'arbre mené et de diminuer les efforts dynamiques passant dans l'élément de transmission de mouvement entre les deux arbres soumis à un mouvement de rotation. L'élément de transmission (1) est intercalé entre un arbre menant et un arbre mené transmettant le mouvement rotatif de l'arbre menant à l'arbre mené et est muni d'une masse sismique (9, 9a) composée de deux parties, un élément élastomère (10) étant intercalé entre les deux parties, la masse sismique (9, 9a) étant calculée pour augmenter la valeur d'inertie de l'élément de transmission (1) sans masse sismique (9, 9a) d'un facteur compris entre 2 et 5.

Description

ELEMENT DE TRANSMISSION AMORTISSEUR DE VIBRATIONS DE TORSION [0001] La présente invention se rapporte à un élément de transmission amortisseur de vibrations de torsion entre un arbre menant et un arbre mené, cet élément permettant de limiter l'excitation vibratoire de l'arbre menant transmise à l'arbre mené et de diminuer les efforts dynamiques passant dans l'élément de transmission de mouvement entre les deux arbres soumis à un mouvement de rotation. Par élément de transmission, on entend tout élément mécanique, par exemple poulie ou pignon, assurant la transmission dans une chaîne cinématique complète, cet élément de transmission pouvant faire partie ou non d'un des arbres menant ou mené. [0002] La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse mais non limitative dans le domaine des véhicules automobiles entre un arbre menant et un arbre mené pour une meilleure tenue mécanique des deux arbres et des prestations acoustiques et vibratoires améliorés. Par exemple, l'arbre menant tournant peut être un vilebrequin d'un moteur thermique et l'arbre mené un arbre d'équilibrage ou un arbre d'entraînement d'accessoires mécaniques, notamment un arbre à cames. [0003] Dans le domaine automobile, la présente invention peut aussi s'appliquer, sans que cela soit limitatif, à la liaison entre deux arbres à cames d'admission et d'échappement, entre deux arbres d'équilibrage ou entre deux arbres de boîte de vitesses. [0004] Dans ce qui va suivre, il va être pris comme application de l'invention l'entraînement d'un arbre mené par un arbre menant illustré par un vilebrequin, ceci n'étant que purement illustratif. Ainsi, dans certains moteurs thermiques à combustion interne, il est prévu pour réaliser l'entraînement d'un arbre secondaire, par exemple un arbre d'équilibrage, un arbre d'entraînement d'accessoires secondaires du type pompe, générateur électrique ou alternateur, un système d'engrènement par pignons. [0005] De tels systèmes de couplage mécanique par engrènement sont très sensibles aux excitations vibratoires de l'arbre menant en particulier aux vibrations de torsion provenant de cet arbre menant. Les chocs inter-dentures arbre menant avec arbre mené, le cas échéant avec un élément de transmission intercalé entre eux, créent localement des zones fortement sollicitées mécaniquement et génèrent des bruits sales mécaniques qui peuvent devenir inacceptables pour le fonctionnement d'un moteur dans un véhicule automobile par exemple ou d'autres utilisations mécaniques. [0006] Il existe, pour réduire ou éliminer ces chocs mécaniques, des systèmes de rattrapage de jeu, par exemple un système à ressort avec un contre-pignon ou des systèmes d'amortissement, par exemple un système à friction mécanique ou par utilisation d'élastomères assurant un découplage et un amortissement. Ces systèmes sont fortement sollicités et très sensibles au niveau d'excitation de l'arbre menant d'une part, et à la forme et au niveau du couple résistant de l'arbre mené d'autre part. [0007] Ces systèmes de rattrapage de jeu ont des limites. Pour certaines utilisations sévères, les couples acycliques des arbres sont très élevés : les systèmes de rattrapage de jeu ou d'amortissement traditionnels ne sont alors plus efficaces ou deviennent complexes et coûteux. Les couples de pré-charge des systèmes à rattrapage de jeu deviennent importants, ce qui entraîne des pertes par frottement importantes et des bruits de sirène d'engrènement, dus à une très grande excitation de la denture des pignons. [0008] Le document FR-A-2 744 780 divulgue une poulie comprenant un moyeu susceptible d'être calé sur un arbre et une jante agencée pour un contact d'entraînement avec une courroie, dans laquelle la jante est montée mobile en rotation autour d'une partie centrale de moyeu en étant reliée à une partie périphérique de moyeu par un élément en élastomère faisant office d'élément de découplage. Il est à noter que l'élément de découplage peut être réalisé par un ressort ou un ensemble de ressorts. Un mode de réalisation dans ce document montre un élément de découplage en élastomère. L'élément de découplage comprend une bague en élastomère et le moyeu de la poulie est entouré d'un élément sismique relié audit moyeu par un élément d'amortissement en élastomère assurant un amortissement des vibrations en torsion, la jante étant reliée audit élément sismique par l'intermédiaire de la bague en élastomère. La bague en élastomère est disposée entre la partie inférieure de l'élément sismique et la surface d'entraînement de la poulie. [0009] L'élément sismique décrit dans ce document, de par sa position, ne présente pas une inertie suffisante permettant de diminuer le couple dynamique transmis par la poulie. La position de la bague en élastomère entre la partie inférieure de l'élément sismique et la surface d'entraînement de la poulie ne permet pas de limiter les acyclismes transmis à la poulie. [0010] Par conséquent, le problème à la base de l'invention est, dans un système mécanique comprenant un arbre menant et un arbre mené un élément de transmission étant intercalé entre les deux arbres, de prévoir pour cet élément de transmission un amortisseur des vibrations de torsion issues de l'arbre menant ainsi que de diminuer la source d'excitation de sollicitations vibratoires au niveau du couplage de l'élément de transmission couplant l'arbre mené avec l'arbre menant. [0011] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un élément de transmission intercalé entre un arbre menant et un arbre mené transmettant le mouvement rotatif de l'arbre menant à l'arbre mené, caractérisé en ce que l'élément de transmission est muni d'une masse sismique composée de deux parties, un élément élastomère étant intercalé entre les deux parties, la masse sismique étant calculée pour augmenter la valeur d'inertie de l'élément de transmission sans masse sismique d'un facteur compris entre 2 et 5. [0012] Il convient de noter que le mot intercalé doit être pris dans un sens large. L'élément de transmission peut par exemple faire partie de l'arbre menant ou de l'arbre mené ou être indépendant des arbres menant et mené. [0013] Avantageusement, l'élément élastomère est sous forme d'un anneau, les parties de la masse sismique étant superposées l'une à l'autre en formant une partie interne et une partie externe. [0014] Avantageusement, au moins la partie externe de la masse sismique fait saillie latéralement de l'élément de transmission. [0015] Avantageusement, l'élément de transmission est un pignon. [0016] Avantageusement, l'élément de transmission est une poulie présentant un moyeu la reliant à l'arbre menant et comprenant au moins un flasque présentant une portion extérieure formant un plateau portant au moins un chemin externe de réception d'un moyen d'entraînement du type courroie ou chaîne, la masse sismique étant disposée à l'extrémité de la poulie opposée à celle présentant le moyeu, les parties interne et externe étant sous la forme d'un anneau respectif. [0017] Avantageusement, il est prévu deux flasques, chacun avec un chemin externe de réception d'un moyen d'entraînement respectif du type courroie ou chaîne. [0018] Avantageusement, il est prévu un second élastomère disposé sous au moins un chemin externe. [0019] La présente invention concerne aussi un ensemble de transmission comprenant un arbre menant et un arbre mené, caractérisé en ce qu'un tel élément de transmission est intercalé entre l'arbre menant et l'arbre mené. [0020] Avantageusement, l'arbre menant est le vilebrequin d'un moteur thermique, l'élément de transmission étant une poulie de vilebrequin, un moyen d'entraînement du type courroie ou chaîne reliant la poulie à un élément solidaire de l'arbre mené. [0021] Avantageusement, l'ensemble présente un volant moteur et la valeur d'inertie lmasse sismique de la masse sismique de la poulie est calculée selon la formule suivante : !mas Où lensemble tournant est la valeur d'inertie de l'ensemble hors volant moteur et a est au moins supérieur au rapport du nombre de cylindres du moteur que multiplie 2/3. [0022] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une coupe médiane longitudinale du vilebrequin dont l'une des extrémités est raccordée à une poulie de vilebrequin conforme à l'état de la technique, - la figure 2 est une représentation schématique agrandie par rapport à la figure 1 montrant une coupe d'une poulie selon l'état de la technique, - la figure 3 est une représentation schématique d'une demi-coupe d'une poulie selon une forme de réalisation de la présente invention, cette poulie présentant un élément élastomère et une masse sismique. [0023] Dans ce qui va suivre, il va être pris comme élément de transmission une poulie reliée à une extrémité du vilebrequin, le vilebrequin illustrant un arbre menant. Ceci n'est pas limitatif et l'élément de transmission peut être tout autre en étant intercalé entre un arbre menant et un arbre mené. [0024] Comme il est visible à la figure 1, une poulie la est raccordée à l'extrémité 2a d'un vilebrequin 2 en vis-à-vis par son moyeu 3 traversant l'ouverture de la façade 4 de carter. L'extrémité du moyeu 3 de la poulie la est insérée à l'intérieur de l'extrémité correspondante 2a du vilebrequin 2 pour être solidarisée avec ladite extrémité 2a, ceci par un moyen quelconque, par exemple vis et filetage, forgeage, rivetage ou autre. [0025] Au niveau de son extrémité 2a orientée vers la poulie 1 a, le vilebrequin 2 peut être maintenu par le dernier palier 11 de vilebrequin d'une série de paliers de vilebrequin internes au carter, le dernier palier 11 de vilebrequin étant le plus proche de l'extrémité 2a de vilebrequin des paliers de la série. Le dernier palier 11 de vilebrequin peut être associé à un second palier pour le support du moyeu 3 de la poulie la mais ceci n'est pas obligatoire. [0026] De nombreuses autres formes de réalisation d'un tel ensemble poulie et vilebrequin sont aussi possibles. Par exemple, la poulie la peut être plus proche du vilebrequin que montré à la figure 1. De plus, le moyeu 3 peut prendre une forme moins large que celle montrée à la figure 1 en étant sous la forme d'une tige. D'autre part, le vilebrequin 2, au niveau de son extrémité 2a peut porter au moins un élément d'entraînement d'au moins un arbre à cames pour l'ouverture ou la fermeture des soupapes du moteur associé. [0027] En se référant aux figures 2 et 3, la figure 2 montrant une poulie la selon l'état de la technique comme montré à la figure 1 et la figure 3 montrant une poulie 1 selon la présente invention, les poulies la et 1 respectives des figures 2 et 3 ont ensemble des caractéristiques communes. [0028] A ces figures, les poulies 1, la illustrant un élément de transmission comportent une première partie centrale creuse 3a de réception du moyeu référencé 3 à la figure 1 les reliant au vilebrequin. Les poulies 1, la présentent un premier flasque 7 ou rebord et un second flasque 8. Le premier flasque 7 présente une portion externe formant un premier plateau s'étendant entre les deux flasques 7 et 8 et le second flasque 8 présente une portion externe formant un second plateau s'étendant pour la poulie la de l'état de la technique jusqu'à l'extrémité de la poulie opposée à celle portant le moyeu référencé 3 à la figure 1, les plateaux étant sensiblement perpendiculaires aux flasques 7 et 8. Il est aussi possible de ne munir les poulies 1 et la que d'un plateau et d'un flasque. [0029] Chaque premier et second plateau porte respectivement un premier ou second chemin 5, 6 externe de réception ou jante d'un moyen d'entraînement respectif du type courroie ou chaîne, ces chemins 5, 6 présentant des nervures coopérant avec le moyen d'entraînement associé. Les moyens d'entraînement du type courroie ou chaîne passant par un chemin 5, 6 respectif peuvent transmettre le mouvement de rotation de la poulie 1, la à un ou plusieurs organes récepteurs accessoires tels qu'un alternateur, une pompe à eau, un compresseur de climatisation et/ou un compresseur hydraulique de direction assistée. [0030] Avantageusement, le moyen d'entraînement du type courroie ou chaîne passant par le second chemin 6 le plus éloigné du vilebrequin qui est plus large que le premier chemin 5 entraîne un alternateur, un alterno-démarreur ou une machine électrique. Comme montré uniquement à la figure 2 mais aussi applicable à la poulie 1 conforme à la présente invention montrée à la figure 3, au moins un anneau élastomère 12 peut être disposé sous le second chemin 6 dans le second flasque 8. Il peut en être de même pour le premier chemin 5 bien que non illustré aux figures 2 et 3. [0031] Conformément à la présente invention, la poulie 1 illustrant l'élément de transmission porte une masse sismique 9, 9a et au moins un élément élastomère 10 avantageusement sous la forme d'un anneau. La masse sismique 9, 9a est en deux parties, l'élément élastomère 10 sous forme d'anneau étant intercalé entre les deux parties de la masse. La masse sismique 9, 9a est calculée pour augmenter la valeur d'inertie de l'élément de transmission 1 sans masse sismique 9, 9a d'un facteur compris entre 2 et 5. [0032] La masse sismique 9, 9a peut être disposée dans la poulie 1 après le second plateau du second flasque 8 portant le chemin externe 6 pour le moyen d'entraînement du type courroie ou chaîne. La masse sismique 9, 9a forme donc l'extrémité de la poulie opposée à celle tournée vers le vilebrequin. Une partie 9a la plus externe de la masse sismique 9, 9a est superposée au-dessus de l'autre partie 9a. Au moins cette partie 9a superposée peut faire saillie latéralement de la poulie 1. [0033] Les deux parties de la masse sismique 9, 9a sont avantageusement sous forme d'un anneau respectif, les anneaux étant concentriques et l'anneau formé par la partie 9a la plus externe de la masse 9, 9a entourant l'anneau formé par l'autre partie 9, la plus interne. [0034] Pour être efficace, l'amortisseur de vibrations de torsion est avantageusement positionné axialement dans une zone de forte amplitude angulaire et l'amortisseur de vibrations de torsion est calé sur les fréquences critiques en terme de sollicitations mécaniques, principalement les chocs. [0035] Pour un moteur thermique, le vilebrequin faisant office d'arbre menant, une poulie de vilebrequin à amortissement de vibrations de torsion ou AVT, montrée aux figures 1 et 2 sous la référence la est couramment utilisée pour assurer la tenue mécanique du vilebrequin à hauts régimes. Dans le cadre de la présente invention, cette poulie AVT est redimensionnée et fortement modifiée pour élargir son champ d'efficacité et réduire les couples acycliques transmis au système d'engrènement de l'arbre mené, non représenté aux figures. [0036] II peut être avantageux d'utiliser un amortisseur de vibrations de torsion double constitué d'un étage pour limiter les oscillations des vibrations de torsion du vilebrequin à hauts régimes, cet étage étant dédié à la tenue mécanique et un étage pour limiter les oscillations de torsion de l'engrènement de l'arbre secondaire, c'est-à-dire la réduction des chocs et des bruits mécaniques. [0037] Une poulie AVT de l'état de la technique référencée la aux figures 1 et 2 a pour principal rôle de casser le premier mode de torsion du vilebrequin. Cette poulie AVT est dimensionnée pour amortir seulement les vibrations de torsion des éléments de l'ensemble mécanique comme le volant moteur, le vilebrequin, la ou les poulies liées aux entraînements de distribution et d'accessoires et autres éléments fixés sur le vilebrequin. [0038] Une vibration de torsion est une grandeur de longueur. Elle se mesure en déplacement angulaire ou ses dérivées temporelles que sont les vitesses et accélérations angulaires. Ces déplacements angulaires induisent des contraintes de déformation dans le vilebrequin qui, si elles sont trop importantes, endommageront l'ensemble de transmission, voire iront jusqu'à sa rupture. Ce premier mode peut occasionner la rupture en fatigue mécanique du vilebrequin et génère des bruits sales. [0039] En plus de cette fonction de base qui est maintenue, le pouvoir batteur de la poulie selon la présente invention et référencée 1 à la figure 3 est utilisé pour diminuer la source d'excitation du mécanisme générateur de grenailles au niveau du couplage avec l'arbre mené. L'augmentation de l'inertie d'une facteur de 2 à 5 du fait de l'adjonction de la masse d'inertie 9, 9a et le calage ajusté de la poulie 1 permet de diminuer le couple dynamique passant entre les arbres menant et mené. [0040] L'inertie de la poulie 1 selon la présente invention, multipliée par un facteur variant de 2 à 5 par la présence de la masse d'inertie 9, 9a est, permet de réduire l'effort de contact normal lors d'un choc denture. La raideur en torsion de l'élastomère 10 entre les deux parties de la masse d'inertie 9, 9a peut être avantageusement aussi spécifiquement prédéterminée afin de diminuer cet effort de contact tout en gardant la fonction d'amortisseur de vibrations de torsion de la poulie d'origine. Il existe en effet une relation entre la diminution de la valeur d'effort et les valeurs d'inertie de la masse d'inertie 9, 9a et de raideur d'élastomère 10. [0041] Ainsi, pour un moteur considéré, la valeur de l'inertie en rotation de l'ensemble de transmission tournant, hors anneau de la poulie 1 et hors volant moteur, peut servir à la détermination de la valeur de la masse sismique 9, 9a à prendre en compte pour la poulie 1 selon la présente invention selon la formule suivante : Où a a pour valeur minimale le rapport du nombre de cylindres du moteur que multiplie 2/3 1 OU [0042] Une telle poulie avec masse d'inertie et élastomère associé à la masse d'inertie permet de réduire les bruits de grenaille, martèlement et sirène de l'engrènement de l'arbre d'équilibrage. [0043] Les caractéristiques énoncées en association avec une poulie de vilebrequin peuvent aussi s'appliquer à d'autres types d'éléments de transmission entre un arbre menant et un arbre mené, par exemple des pignons, la transmission étant alors directe entre arbre menant et arbre mené en ne nécessitant pas un moyen d'entraînement du type courroie ou chaîne comme dans le cas d'une poulie. [0044] L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'a titre d'exemples.

Claims

REVENDICATIONS1. Élément de transmission (1) intercalé entre un arbre menant (2) et un arbre mené transmettant le mouvement rotatif de l'arbre menant (2) à l'arbre mené, caractérisé en ce que l'élément de transmission (1) est muni d'une masse sismique (9, 9a) composée de deux parties, un élément élastomère (10) étant intercalé entre les deux parties, la masse sismique (9, 9a) étant calculée pour augmenter la valeur d'inertie de l'élément de transmission (1) sans masse sismique (9, 9a) d'un facteur compris entre 2 et 5.
2. Élément de transmission (1) selon la revendication 1, dans lequel l'élément élastomère (10) est sous forme d'un anneau, les parties de la masse sismique (9, 9a) étant superposées l'une à l'autre en formant une partie interne (9) et une partie externe (9a).
3. Élément de transmission (1) selon la revendication 2, dans lequel au moins la partie externe (9a) de la masse sismique (9, 9a) fait saillie latéralement de l'élément de transmission (1).
4. Élément de transmission (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, lequel est un pignon.
5. Élément de transmission (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, lequel est une poulie (1) présentant un moyeu (3) la reliant à l'arbre menant (2) et comprenant au moins un flasque (7, 8) présentant une portion extérieure formant un plateau portant un chemin externe (5,
6) de réception d'un moyen d'entraînement du type courroie ou chaîne, la masse sismique (9, 9a) étant disposée à l'extrémité de la poulie (1) opposée à celle présentant le moyeu (3), les parties interne (9) et externe (9a) étant sous la forme d'un anneau respectif. 6. Élément de transmission (1) selon la revendication 5, pour lequel il est prévu deux flasques (7, 8), chacun avec un chemin externe (5, 6) de réception d'un moyen d'entraînement respectif du type courroie ou chaîne.
7. Élément de transmission (1) selon la revendication 5 ou 6, pour lequel il est prévu un second élastomère (13) disposé sous au moins un chemin externe (5, 6).
8. Ensemble de transmission (1) comprenant un arbre menant (2) et un arbre mené, caractérisé en ce qu'un élément de transmission (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes est intercalé entre l'arbre menant (2) et l'arbre mené.
9. Ensemble de transmission (1) selon la revendication 8, pour lequel l'arbre menant est le vilebrequin (2) d'un moteur thermique, l'élément de transmission étant une poulie (1)de vilebrequin, un moyen d'entraînement du type courroie ou chaîne reliant la poulie (1) à un élément solidaire de l'arbre mené.
10. Ensemble de transmission (1) selon la revendication 9, lequel présente un volant moteur et pour lequel la valeur d'inertie de la masse sismique (9, 9a) de la poulie (1) est calculée selon la formule suivante : où lensemble tournant est la valeur d'inertie de l'ensemble hors volant moteur et a est au moins supérieur au rapport du nombre de cylindres du moteur que multiplie 2/3.10