FR3132131A1 - Carter avec dispositif d’atténuation de vibrations - Google Patents
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Abstract
TITRE : CARTER AVEC DISPOSITIF D’ATTÉNUATION DE VIBRATIONS Carter (200) monté en porte-à-faux à une extrémité d’une machine tournante, ledit carter s’étendant selon un axe longitudinal et comprenant au moins un dispositif antivibratoire (100) comportant : - une cavité (10) comprenant des parois internes (12) s’étendant sensiblement radialement, à savoir selon un axe radial (X) perpendiculaire à l’axe longitudinal, - un liquide (L) contenu dans ladite cavité, - une masse mobile (30) logée dans ladite cavité avec un jeu périphérique (J) non nul entre les parois internes, s’étendant radialement, de la cavité et une surface externe (32) de ladite masse mobile, ladite masse mobile étant ainsi apte, lorsque le carter est soumis à des vibrations radiales imprimées par la machine tournante, de se translater radialement dans la cavité en provoquant un cisaillement du liquide dans ledit jeu périphérique propre à amortir les vibrations radiales imprimées par la machine tournante. Figure pour l’abrégé : Figure 4
Description
La présente invention concerne un carter, par exemple un carter de boîtier électronique, monté en porte-à-faux sur une machine tournante.
Dans une application de type machine tournante intégrant par exemple des modules d’électronique de puissance ou d’autres types d’équipements, des vibrations sont générées. Ces vibrations peuvent être notamment amplifiées par l’architecture particulière du montage des sous-ensembles, et peuvent être sources de défaillances et/ou de baisse de performances. On pense notamment à un montage en porte-à-faux où l’extrémité libre du porte-à faux est davantage soumise aux vibrations que l’extrémité opposée rattachée à une machine tournante.
Pour atténuer ces vibrations, des plots d’amortissement ou des vérins amortisseurs hydrauliques peuvent être employés. Ces dispositifs peuvent néanmoins présenter plusieurs inconvénients, notamment en ce qu’ils sont souvent complexes et encombrants à mettre en place.
Un objectif de l’invention est de résoudre au moins l’un des inconvénients précités.
Un autre objectif de l’invention est de proposer un carter permettant notamment d’atténuer les vibrations avec simplicité, fiabilité et compacité.
Il est donc proposé un carter monté en porte-à-faux à une extrémité d’une machine tournante, le carter s’étendant selon un axe longitudinal et comprenant au moins un dispositif antivibratoire comportant :
- une cavité comprenant des parois internes s’étendant sensiblement radialement, à savoir un axe radial perpendiculaire à l’axe longitudinal,
- un liquide contenu dans la cavité,
- une masse mobile logée dans la cavité avec un jeu périphérique non nul entre les parois internes, s’étendant radialement, de la cavité et une surface externe de la masse mobile,
Ainsi, grâce à l’invention on assure l’atténuation des vibrations. En effet, lorsque le carter se déplace radialement dans une direction donnée, déplacement dû par exemple à une accélération, la masse mobile logée dans la cavité se translate dans la même direction mais avec un retard inertiel qui génère un effet piston. Autrement dit, le liquide dans la cavité est comprimé/aspiré, d’un côté ou de l’autre de la masse mobile, et est ainsi forcé de se cisailler dans le jeu périphérique non nul entre les parois internes de la cavité et la surface externe de la masse mobile. Ce cisaillement permet de dissiper de l’énergie et limite ainsi l’amplitude des vibrations.
Le carter, selon l’invention, peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises isolément les unes avec les autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- la cavité est un tube cylindrique ;
- la masse mobile du dispositif antivibratoire est une bille ou un cylindre, le cylindre étant de préférence un cylindre avec des arêtes chanfreinées ou avec congé d’arête ;
- la masse mobile est en un matériau choisi parmi un acier ou le tungstène ;
- le carter comprend un circuit de refroidissement auquel est connecté, de manière adjacente, la cavité du dispositif antivibratoire de sorte que le liquide soit mutualisé entre la cavité et le circuit de refroidissement ;
- la cavité du dispositif antivibratoire est fermée à ses deux extrémités de sorte que le liquide soit scellé à l’intérieur de la cavité ;
- le dispositif antivibratoire comprend au moins un ressort s’étendant entre une extrémité de la cavité et la masse mobile, de sorte que le dispositif s’assimile à un amortisseur harmonique ;
- le jeu périphérique non nul est compris entre 0,03 mm et 3,0 mm ;
- la cavité du dispositif antivibratoire comporte à une extrémité un bouchon amovible ;
- l’au moins un dispositif antivibratoire est positionné au niveau d’une extrémité libre du porte-à-faux ;
- le carter comprend au moins un couple de dispositifs antivibratoires, chacun des dispositifs antivibratoires étant positionné angulairement sensiblement à 90° l’un de l’autre.
L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
La représente une vue schématique en perspective d’une machine tournante à laquelle est rattachée un carter de boîtier électronique monté en porte-à-faux ;
La représente une vue schématique en coupe d’une forme de réalisation du dispositif antivibratoire du carter selon l’invention, en particulier avec une masse mobile en forme de cylindre, lorsque le carter est soumis à une sollicitation donnée ;
La représente une autre vue schématique en coupe du dispositif antivibratoire de la , lorsque le carter est soumis à une sollicitation inverse de celle présentée sur la ;
La représente une vue schématique en coupe d’une autre forme de réalisation du dispositif antivibratoire du carter selon l’invention, en particulier avec une masse mobile en forme de bille ;
La représente une vue schématique en coupe d’une autre forme de réalisation du dispositif antivibratoire du carter selon l’invention, lorsque le dispositif antivibratoire comprend au moins un ressort ;
La représente une vue schématique en coupe d’une autre forme de réalisation du dispositif antivibratoire du carter selon l’invention, lorsque le dispositif antivibratoire comprend un bouchon amovible ;
La représente une vue schématique en coupe d’une autre forme de réalisation du dispositif antivibratoire du carter selon l’invention, en particulier lorsque le dispositif antivibratoire est scellé à ses deux extrémités ;
La représente une vue schématique en coupe transversale d’un ensemble de deux carters identiques de boîtier électronique selon l’invention.
La présente un exemple d’assemblage d’un boîtier électronique, notamment d’électronique de puissance, monté sur une machine tournante, en particulier une machine électrique. Dans cet exemple, le boîtier électronique, qui comprend un carter 200, est un demi-cylindre qui s’étend selon un axe longitudinal Y et est monté en porte-à-faux sur une génératrice 1. Autrement dit, le boîtier est relié à la génératrice 1 par une extrémité 201 et comporte une autre extrémité 202 qui est libre.
Dans ce qui suit, on se réfère au carter 200 qui comprend au moins un dispositif antivibratoire 100, illustré selon différentes formes de réalisation par les figures 2 à 7. Le dispositif antivibratoire 100 comprend en outre une cavité 10 s’étendant selon un axe radial X perpendiculaire à l’axe longitudinal Y, la cavité 10 comprenant des parois internes 12, s’étendant selon ce même axe X, entre une première extrémité 14 et une seconde extrémité 15, l’extrémité 15 étant opposée à l’extrémité 14.
La cavité 10 peut être un tube cylindrique rapporté, serti ou fretté. La surface interne de ce tube, autrement dit celle des parois internes 12, peut être dure et lisse.
Le dispositif antivibratoire 100 comprend aussi un liquide L contenu dans la cavité 10.
Le dispositif antivibratoire 100 comprend encore une masse mobile 30 comportant une surface externe 32. La masse mobile 30 est logée dans la cavité 10 et baigne dans le liquide L avec un jeu périphérique J non nul entre les parois internes 12 de la cavité 10 et la surface externe 32 de la masse mobile 30. On comprend que la masse mobile 30 a une dimension inférieure à la dimension de la cavité 10.
La masse mobile 30 est en outre apte à translater radialement dans la cavité 10 lorsque le carter 200 est soumis à des vibrations radiales imprimées par la machine tournante, provoquant ainsi un cisaillement du liquide L dans le jeu périphérique J non nul propre à amortir les vibrations radiales imprimées par la machine tournante.
Le jeu périphérique J non nul peut être compris entre 0,03 mm (millimètre) et 3,0 mm. Ce jeu périphérique J non nul peut aussi être compris entre 0,03 mm et 2,0 mm. Le jeu périphérique J non nul peut également être compris entre 0,03 mm et 1,0 mm.
Les figures 2 et 3, montrant schématiquement les phénomènes mis en œuvre, sont prises à présent en référence.
La montre en particulier le déplacement du carter 200 lorsque celui-ci est soumis à des vibrations radiales imprimées par la machine tournante dans une direction donnée F1. Suite au déplacement du carter 200 dans cette direction F1, la masse mobile 30 se déplace également dans cette même direction F1 en suivant le mouvement M1 mais avec un retard inertiel. Autrement dit, la masse mobile 30 se déplace moins vite que le carter 200 dans la direction F1. Avec ce retard inertiel de la masse mobile 30, le liquide L est comprimé entre l’extrémité 14 de la cavité 10 et la masse mobile 30 pour être chassé (flèches C1) de cet espace en passant par le jeu périphérique J. Le jeu périphérique J étant plus étroit que la cavité 10, le liquide L se cisaille par friction le long des parois internes 12 de la cavité 10 et de la surface externe 32 de la masse mobile 30. Ce cisaillement permet une dissipation d’énergie et un amortissement des vibrations.
À l’inverse, la montre le déplacement du carter 200 lorsque celui-ci est soumis à des vibrations radiales imprimées par la machine tournante dans une direction F2, opposée à la direction F1. En se déplaçant selon cette direction F2, le carter 200 se déplace plus rapidement que la masse mobile 30 dans cette même direction F2. Le mouvement M2 de la masse mobile 30 suivant avec un retard inertiel, la partie de la cavité 10 située entre l’extrémité 14 et la masse mobile 30 se retrouve en dépression et le liquide L y est aspiré (flèches C2) en passant par le jeu périphérique J. Comme décrit précédemment, le jeu périphérique J étant plus étroit que la cavité 10, le liquide L se cisaille par friction le long des parois internes 12 de la cavité 10 et de la surface externe 32 de la masse mobile 30. De la même manière que décrit précédemment, la dissipation d’énergie par le cisaillement du fluide permet un amortissement des vibrations.
Dans les exemples des figures 2 et 3, la masse mobile 30 est en forme de cylindre. Avantageusement, ce cylindre peut être plein et peut également comporter à ces extrémités des arêtes chanfreinées ou un congé d’arête. De la sorte la masse mobile 30, lorsqu’elle se déplace, ne risque pas d’éroder les parois de la cavité 10.
En variante, représentée notamment sur les et suivantes, la masse mobile peut être une sphère, comme une bille.
En variante, non représentée, la masse mobile peut également être de forme oblongue ou en ellipse. De la sorte, la masse mobile 30 peut être adaptée aux besoins, par exemple pour optimiser l’intégration ou le remplissage de la cavité.
Avantageusement, la masse mobile 30 est en un matériau métallique ou en alliage métallique. Elle peut par exemple être choisie de manière non limitative parmi un acier ou le tungstène. Avantageusement le tungstène permet de diminuer l’encombrement du dispositif grâce à sa densité élevée, tout en permettant un amortissement équivalent.
Avantageusement, la masse mobile 30 a un coefficient de dilatation égal ou sensiblement égal à celui de la cavité 10.
Le carter 200 peut, comme visible sur les figures 2 à 6, comprendre un circuit de refroidissement 40 au sein duquel circule un liquide, de préférence identique au liquide L de la cavité 10. Avantageusement, la cavité 10 du dispositif antivibratoire 100 est connectée de manière adjacente au circuit de refroidissement 40, c’est-à-dire en dérivation du circuit de refroidissement 40. On comprend que le liquide L peut être renouvelé dans la cavité 10 par la circulation, d’amont 41 en aval 42, du liquide L dans le circuit de refroidissement 40 au niveau de l’extrémité 15. Il est entendu que la dimension de la masse mobile 30 est supérieure à la dimension du circuit de refroidissement 40 afin que la masse mobile 30 reste logée dans la cavité 10. Dans les exemples présentés, le circuit de refroidissement 40 s’étend parallèlement à l’axe longitudinal Y du carter 200.
Avantageusement, des orifices, non représentés, peuvent être présents pour faciliter une purge d’éventuelles bulles d’air pouvant se former avec une action répétée de compression/décompression du liquide L dans la cavité 10. De préférence, ces orifices sont disposés au niveau d’au moins un coin de la cavité 10.
Le liquide L, contenu dans la cavité 10 et, lorsque présent, dans le circuit de refroidissement 40, peut être de l’eau ou un liquide visqueux comme de l’huile.
La représente une autre forme du dispositif antivibratoire 100 qui comporte au moins un ressort 50, 52 s’étendant entre une extrémité 14, 15 de la cavité 10 et la masse mobile 30. Autrement dit, l’au moins un ressort 50, 52 est en appui d’une part sur une paroi ou assimilée située au niveau de l’extrémité 14, 15 de la cavité 10 et d’autre part sur la surface externe 32 de la masse mobile 30. Dans le cas particulier de la , il y a deux ressorts 50, 52 qui s’étendent de part et d’autre de la masse mobile 30. Autrement dit, un premier ressort 50 est en appui d’une part sur une paroi ou assimilée située au niveau de l’extrémité 14 de la cavité 10 et d’autre part sur la surface externe 32 de la masse mobile 30. De façon analogue, un deuxième ressort 52 est en appui d’une part sur une paroi ou assimilée située au niveau de l’extrémité 15 – dans l’exemple de la , sur la paroi 43 du circuit de refroidissement 40 – et d’autre part sur la surface externe 32 de la masse mobile 30. Les ressorts 50, 52 sont ainsi configurés pour absorber le mouvement du carter 200. Les ressorts 50, 52 permettent en outre de centrer la masse mobile 30 à mi-course et assurent une précontrainte sur celle-ci. Par ailleurs, les ressorts 50, 52 sont configurés pour, qu’en fonctionnement, la masse mobile 30 n’atteigne pas l’une des extrémités de la cavité 10, et ainsi éviter un choc. Dans cette configuration, le dispositif antivibratoire 100, bien que ce ne soit pas sa fonction principale, peut être comparé, dans une certaine mesure, à un amortisseur harmonique (ou TMD, de l’anglaisTunedMass Damper). En effet, à la différence d’un TMD classique qui permet un amortissement sur une fréquence particulière prédéfinie, le dispositif antivibratoire 100 avec sa masse mobile 30 dans le liquide L permet ici un amortissement sur une large plage de fréquences, dès qu’il y a un mouvement.
La montre une autre forme du dispositif antivibratoire 100 qui comporte un bouchon 18 amovible au niveau de l’extrémité 14 de la cavité 10. Le bouchon 18 présente l’avantage de faciliter le montage du dispositif antivibratoire sur le carter 200. En effet, la cavité 10 peut être ménagée dans le carter 200 par un perçage extérieur à celui-ci, ce qui permet une insertion de la masse mobile 30 dans la cavité depuis l’extérieur. Le bouchon 18 est monté par vissage sur l’extrémité 14 pour fermer la cavité 10 de manière étanche.
La montre une variante du dispositif antivibratoire 100 dont la cavité 10 est fermée à ses deux extrémités 14, 15. Dans un tel cas, le liquide L contenu dans la cavité 10 est scellé à l’intérieur. Cette forme de réalisation est utile lorsque le carter 200 n’est pas refroidi par liquide, c’est-à-dire ne comportant pas de circuit de refroidissement 40. Le dispositif antivibratoire 100 peut alors être indépendant du carter 200 et être monté sur celui-ci par vissage par exemple.
En pratique, le carter 200 comprend au moins un dispositif antivibratoire 100 situé avantageusement au niveau de l’extrémité 202 libre du carter 200. Cela permet d’amortir les vibrations dont l’amplitude est généralement plus élevée dans cette partie d’une structure en porte-à-faux. Il est entendu que le dispositif antivibratoire 100 peut être situé à n’importe quelle position sur le carter 200 selon les besoins. Lorsque le carter 200 comprend un circuit de refroidissement 40 par liquide, il est préféré que le dispositif antivibratoire 100 soit également proche du circuit de refroidissement 40.
Il est préféré que le carter 200 comprenne au moins un couple de dispositifs antivibratoires 100.. Les dispositifs antivibratoires 100 de chaque couple peuvent être disposés dans un même plan, ou non, sensiblement perpendiculaire à l’axe Y. Autrement dit, les deux dispositifs antivibratoires peuvent être dans des plans différents. Les deux dispositifs antivibratoires 100 peuvent être respectivement positionnés, en référence à la partie plane du carter 200 en demi-cylindre, sensiblement à 45° et sensiblement à 135°. On comprend que les deux dispositifs antivibratoires 100 peuvent être positionnés angulairement à 90° l’un de l’autre ou se rapprocher sensiblement du 90°.
La montre une vue schématique en coupe transversale d’un assemblage de deux boîtiers électroniques en demi-cylindres, montés tous deux en porte-à-faux. Les deux boîtiers électroniques sont montés en vis-à-vis de sorte à former un cylindre. Chacun des boîtiers comporte un carter 200 tel que décrit dans ce qui précède. Chaque carter 200 comporte en outre deux dispositifs antivibratoire 100 respectivement positionnés radialement selon l’axe X et l’axe X’, perpendiculaire l’un par rapport à l’autre. De la sorte, les dispositifs antivibratoires peuvent amortir toutes les vibrations de mouvement radial, c’est-à-dire orientées selon les axes radiaux X, X’.
De manière classique le carter 200 est usiné dans la masse ou de fonderie. Avantageusement, le carter 200 peut être fabriqué par fabrication additive plus adaptée pour des formes complexes. Le carter 200 peut être en un matériau métallique ou alliage métallique. De manière usuelle, le carter 200 est en alliage métallique à base d’aluminium.
Il apparaît clairement que le carter selon l’invention permet d’atténuer les vibrations de manière simple et compacte. En effet, les différents éléments composant le carter ne présentent pas de complexités structurelles ou de formes, s’agissant d’une masse mobile dans un liquide. En outre, ils font partie du carter, ce qui permet un encombrement limité.
Un autre avantage est l’allégement du carter. En effet, l’ajout de la cavité avec sa masse mobile dans le carter permet l’amortissement des vibrations et en conséquent une diminution des contraintes sur la structure du carter. Cette diminution des contraintes permet alors de s’affranchir de parties structurelles du carter prévues pour renforcer la rigidité de l’ensemble. Autrement dit, il y a davantage de masse retirée qu’ajoutée.
Claims (10)
- Carter (200) monté en porte-à-faux à une extrémité d’une machine tournante, ledit carter s’étendant selon un axe longitudinal (Y) et comprenant au moins un dispositif antivibratoire (100) comportant :
- une cavité (10) comprenant des parois internes (12) s’étendant sensiblement radialement, à savoir selon un axe radial (X) perpendiculaire à l’axe longitudinal (Y),
- un liquide (L) contenu dans ladite cavité,
- une masse mobile (30) logée dans ladite cavité avec un jeu périphérique (J) non nul entre les parois internes, s’étendant radialement, de la cavité et une surface externe (32) de ladite masse mobile,
- Carter (200) selon la revendication 1, dans lequel ladite cavité (10) est un tube cylindrique.
- Carter (200) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel la masse mobile (30) du dispositif antivibratoire (100) est une bille ou un cylindre, ledit cylindre étant de préférence un cylindre avec des arêtes (34) chanfreinées ou avec congé d’arête.
- Carter (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la masse mobile (30) est en un matériau choisi parmi un acier ou le tungstène.
- Carter (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un circuit de refroidissement (40) auquel est connecté, de manière adjacente, la cavité (10) du dispositif antivibratoire (100) de sorte que le liquide (L) soit mutualisé entre ladite cavité et ledit circuit de refroidissement.
- Carter (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la cavité (10) du dispositif antivibratoire (100) est fermée à ses deux extrémités (14, 15) de sorte que le liquide (L) soit scellé à l’intérieur de ladite cavité.
- Carter (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le dispositif antivibratoire (100) comprend au moins un ressort (50, 52) s’étendant entre une extrémité (14, 15) de la cavité (10) et la masse mobile (30), de sorte que ledit dispositif s’assimile à un amortisseur harmonique.
- Carter (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le jeu périphérique (J) non nul est compris entre 0,03 mm et 3,0 mm.
- Carter (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l’au moins un dispositif antivibratoire (100) est positionné au niveau d’une extrémité (202) libre du porte-à-faux.
- Carter (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant au moins un couple de dispositifs antivibratoires (100), chacun desdits dispositifs antivibratoires étant positionné angulairement sensiblement à 90° l’un de l’autre.
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2022
- 2022-01-21 FR FR2200510A patent/FR3132131A1/fr active Pending
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