FR3075116B1 - Transmission mecanique avec arbre presentant des alveoles de reduction des frottements visqueux - Google Patents

Abstract

Transmission mécanique comportant un arbre (2) tournant suivant un axe dans un carter contenant un fluide de lubrification, cet arbre (2) comprenant au moins une surface extérieure (10) l'entourant qui est libre de fonctions mécanique, comportant des alvéoles.

Description

TRANSMISSION MECANIQUE AVEC ARBRE PRESENTANT DES ALVEOLES DE REDUCTION DES FROTTEMENTS VISQUEUX

La présente invention concerne une transmission mécanique comportant un arbre tournant dans un carter contenant un fluide de lubrification, ainsi qu’un véhicule automobile équipé d’une telle transmission.

La plupart des transmissions mécaniques de mouvement, en particulier pour les véhicules automobiles, comportent des arbres tournant dans un carter étanche contenant de l’huile, supportant des pignons afin de réaliser différents rapports de vitesse.

Le niveau d’huile permet un barbotage des parties inférieures tournant dans le carter, afin d’obtenir certaines projections du fluide sur l’ensemble des composants intérieurs. L’huile permet de lubrifier les contacts des pièces en mouvement, et de les refroidir en dispersant les calories par projection à l’intérieur du carter pour obtenir une diffusion des calories dans le milieu extérieur.

Afin d’améliorer la lubrification de paliers lisses, un procédé connu, présenté notamment par le document US-A1 -20020085779, comporte la réalisation de rainures sur la surface de frottement du palier, formant des rétentions d’huile permettant d’améliorer le glissement.

Par ailleurs les arbres en rotation comportent généralement à côté de dentures ou cannelures, des surfaces extérieures libres, circulaires et sensiblement lisses, ne présentant pas de caractère fonctionnel. Ces surfaces extérieures en contact avec l’huile produisent un entraînement du fluide à cause de sa viscosité générant une certaine adhésion.

L’huile entraînée en rotation est projetée tangentiellement par ces surfaces extérieures, ce qui a pour avantage de lubrifier des parties supérieures de la transmission. Toutefois quand d’autres parties comme des pignons baignent dans l’huile, les projections de ce fluide sont généralement largement supérieures aux besoins.

On obtient donc des pertes de rendement par le freinage de la rotation des surfaces libres des arbres, qui augmentent la consommation d’énergie du véhicule. En particulier pour des véhicules comportant une traction électrique alimentée par des batteries, l’autonomie avec ce mode de fonctionnement est un paramètre important pour améliorer la disponibilité du véhicule.

La présente invention a notamment pour but d’éviter ces inconvénients de la technique antérieure.

Elle propose à cet effet une transmission mécanique comportant un arbre tournant suivant un axe dans un carter contenant un fluide de lubrification, cet arbre comprenant au moins une surface extérieure l’entourant qui est libre de fonctions mécanique, cette transmission étant remarquable en ce que la surface extérieure comporte des alvéoles.

Un avantage de cette transmission est que les alvéoles forment des petites cavités entourant l’arbre, qui au cours de la rotation contiennent de l’air entraîné par le mouvement.

On génère sur le pourtour de la surface libre de l’arbre une interface entre le matériau de cet arbre et le fluide de lubrification, qui limite l’entraînement de ce fluide, et donc la résistance à la rotation de l’arbre. On obtient une diminution des pertes par frottement, et une réduction de la consommation d’énergie.

La transmission selon l’invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.

En particulier, les alvéoles peuvent présenter une forme sphérique.

En particulier, la surface extérieure peut présenter suivant la direction axiale une répartition variable d’alvéoles, pouvant comporter par endroit une partie lisse sans alvéole. De cette manière on ajuste suivant la position axiale les projections d’huile pour les besoins de lubrification dans le plan transversal de cette position.

Avantageusement, les alvéoles présentent une plus grande largeur inférieure à 5mm.

Avantageusement, la surface extérieure comporte des facettes. Ces facettes permettent de modifier les émissions acoustiques lors de la rotation de l’arbre.

En particulier, les facettes peuvent présenter dans un plan transversal une surface bombée ou creuse.

Avantageusement, le contour transversal de la surface traitée est dissymétrique sur le tour complet.

Dans ce cas, en particulier les facettes peuvent présenter dans un plan transversal des largeurs variées.

L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile équipé d’une transmission comprenant des arbres tournant dans un carter contenant de l’huile, remarquable en ce que cette transmission comporte l’une quelconque des caractéristiques précédentes.

Avantageusement, un arbre de la transmission disposant de facettes sur une surface extérieure, le nombre de facettes est premier, ou ce nombre donne une fréquence qui n’est pas liée par un multiple entier à des fréquences sonores venant de la rotation d’arbres présentant des vitesses liées à celle de l’arbre disposant de facettes.

L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 est un schéma en coupe axiale d’un arbre d’une transmission selon l’invention ;

- les figures 2a et 2b présentent la surface libre de cet arbre, et en coupe transversale un détail d’une facette ;

- la figure 3 est une vue de face d’une facette de cet arbre ;

- la figure 4 est une vue en coupe transversale de cette facette suivant le plan de coupe IV-IV ;

- la figure 5 présente le fonctionnement des alvéoles des facettes ; et

- la figure 6 est en coupe transversale un schéma présentant le brassage de l’huile de la transmission par cet arbre.

La figure 1 présente un arbre de sortie d’une transmission 2 supportant deux pignons 6, 8, comportant à chaque extrémité un palier 4 recevant un roulement maintenu dans un carter étanche contenant de l’huile. Un grand pignon 6 reçoit le mouvement venant d’une motorisation, et un petit pignon 8 transmet ce mouvement vers la couronne d’un différentiel répartissant le mouvement vers les deux roues motrices du véhicule.

L’arbre 2 comporte entre le grand pignon 6 et un palier 4 une surface extérieure libre 10 formant un cylindre sensiblement lisse, barbotant dans l’huile ou recevant des projections d’huile, qui est traitée pour limiter l’entraînement de cette huile lors de sa rotation.

Les figures 2a et 2b présentent la surface extérieure traitée 10, comportant une succession de facettes 12 sensiblement planes. Chaque facette 12 allongée longitudinalement sur la longueur axiale de la surface extérieure 10, présente une petite largeur de manière à en disposer un grand nombre sur le pourtour de cette surface.

En particulier on peut disposer plusieurs dizaines de facettes 12 sur le pourtour de la surface extérieure traitée 10.

Les figures 3 et 4 présentent une facette 12 comportant trois rangées d’alvéoles 14. Les alvéoles 14 alignées dans la direction transversale des rangées, sont presque jointives entre elles.

Chaque alvéole 14 présente la forme d’une demi-sphère creusée dans la facette 12, présentant un diamètre qui est de l’ordre de quelques millimètres, avantageusement inférieur à 5mm. On obtient en vue de dessus sur chaque facette 12 une part majoritaire de surface couverte par les alvéoles 14, et une part minoritaire formant les espaces entre ces alvéoles.

Dans un plan transversal, la forme générale de chaque facette 12 peut être plate, bombée ou creusée, en particulier pour former des irrégularités du contour de la surface traitée 10. Le contour de chaque alvéole 14 peut être circulaire comme présenté ici, mais aussi comporter d’autres formes comme un ovale, ou un rectangle permettant de les disposer jointives.

La figure 5 présente de l’huile 20 recouvrant globalement la surface extérieure traitée 10 de l’arbre 2, qui par sa vitesse relative par rapport à l’arbre en rotation ne rentre pas au fond des alvéoles 14.

On obtient des turbulences au fond des alvéoles 14 formant un espace vide contenant une fine couche d’air peu visqueux, qui limite l’adhérence de l’huile 20 sur le métal de l’arbre, et donc son entraînement par la rotation de cet arbre. De cette manière on réduit les pertes par frottement dans la transmission.

La figure 6 présente la rotation de l’arbre 2 comportant un pignon 6 en prise avec des pignons portés par d’autres arbres 22. La surface extérieure traitée 10 de l’arbre 2 entraîne grâce à son traitement limitant l’adhérence de l’huile, seulement une petite quantité d’huile projetée F, calibrée afin de lubrifier d’autres parties de la transmission.

On peut en particulier ajuster sur des parties axiales différentes les formes de la surface traitée 10, pour par endroit augmenter l’adhérence du fluide, et donc les projections d’huile F sur des zones de la transmission à lubrifier plus fortement disposées dans un plan transversal correspondant, en particulier à froid lors du démarrage du véhicule. Sur les autres zones on diminue l’adhérence afin de réduire les frottements.

De cette manière on ajuste le débit nécessaire de projection d’huile pour obtenir une lubrification suffisante, en réduisant au maximum les pertes par frottement de ce fluide. Des débits d’huile ajustés peuvent permettre en particulier de réduire le niveau d’huile dans le carter, ce qui améliore aussi le rendement de la transmission.

Par ailleurs des formes répétitives sur le contour d’une pièce tournante, notamment les facettes 12 de la surface traitée 10 de l’arbre 2, peuvent générer des fréquences vibratoires acoustiques dépendant de la fréquence de passage de ces facettes liée à la vitesse de rotation de l’arbre, qui sont audibles par les passagers du véhicule.

Un traitement particulier des facettes 12 permet de réduire les bruits audibles produits par ces facettes, et aussi d’absorber d’autres sons extérieurs générés par la transmission ou par d’autres éléments du véhicule comme les motorisations, tournant à des vitesses proportionnelles, en améliorant le rendu acoustique. Ces autres sons extérieurs proviennent de formes répétitives en rotation, comme les dentures des pignons de la transmission, générant une fréquence égale au nombre de formes multiplié par la vitesse de rotation.

Pour limiter les émissions sonores venant des facettes 12, on réalise un contour transversal de la surface traitée 10 qui est dissymétrique sur le tour complet, de manière à créer un son imparfait lors de sa rotation. On peut notamment réaliser une succession de facettes 12 présentant des largeurs différentes, ou dans un plan transversal des formes variées de ces facettes, comme plates, bombées ou concaves, sans régularité sur le tour complet.

De plus avantageusement le son imparfait comporte des fréquences qui absorbent les fréquences des autres sons extérieurs. Pour cela on dispose un nombre de facettes 12 premier, ou un nombre donnant une fréquence ne présentant pas de multiple entier commun avec les fréquences variées des autres sons venant de la rotation d’arbres 22 présentant des vitesses proportionnelles avec celle de l’arbre 2 disposant de la surface traitée 10. De cette manière on ne risque pas de résonance, et on peut contrer ces fréquences variées en absorbant ces sons.

On effectue de plus un équilibrage des masses de l’arbre 2 présentant un contour dissymétrique de sa surface traitée 10, de façon à ne pas ajouter des vibrations dues à l’inertie venant d’un décalage du centre de gravité par rapport à l’axe de rotation, qui pourraient générer des bruits et des contraintes sur les paliers 4.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1 - Transmission mécanique comportant un arbre (2) tournant suivant un axe dans un carter contenant un fluide de lubrification, cet arbre (2) comprenant au moins une surface extérieure (10) l’entourant qui est libre de fonctions mécanique, caractérisée en ce que le contour de la surface extérieure (10) comporte des alvéoles (14).
2. 2 - Transmission selon la revendication 1, caractérisée en ce que les alvéoles (14) présentent une forme sphérique.
3. 3 - Transmission selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la surface extérieure (10) présente suivant la direction axiale une répartition variable d’alvéoles (14), pouvant comporter par endroit une partie lisse sans alvéole (14).
4. 4 - Transmission selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les alvéoles (14) présentent une plus grande largeur inférieure à 5mm.
5. 5 - Transmission selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface extérieure (10) comporte des facettes (12).
6. 6 - Transmission selon la revendication 5, caractérisée en ce que les facettes (12) présentent dans un plan transversal une surface bombée ou creuse.
7. 7 - Transmission selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que le contour transversal de la surface traitée (10) est dissymétrique sur le tour complet.
8. 8 - Transmission selon la revendication 7, caractérisée en ce que les facettes (12) présentent dans un plan transversal des largeurs variées.
9. 9 - Véhicule automobile équipé d’une transmission comprenant des arbres (2, 22) tournant dans un carter contenant de l’huile, caractérisé en ce que cette transmission est selon l’une quelconque des revendications précédentes.
10. 10 - Véhicule automobile selon la revendication 9, un arbre (2) de la transmission disposant de facettes (12) sur sa surface extérieure (10), caractérisé en ce que le nombre de facettes (12) est premier, ou ce nombre donne une fréquence qui n’est pas liée par un multiple entier à des fréquences 5 sonores venant de la rotation d’arbres (22) présentant des vitesses liées à celle de l’arbre (2) disposant de facettes (12).