WO2019229310A1 - Dispositif de piege vibratoire de torsion - Google Patents

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WO2019229310A1
WO2019229310A1 PCT/FR2019/050850 FR2019050850W WO2019229310A1 WO 2019229310 A1 WO2019229310 A1 WO 2019229310A1 FR 2019050850 W FR2019050850 W FR 2019050850W WO 2019229310 A1 WO2019229310 A1 WO 2019229310A1
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WO
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resonator
elongated
resonators
axis
rotating structure
Prior art date
Application number
PCT/FR2019/050850
Other languages
English (en)
Inventor
Olivier Sauvage
Philippe BRISTIEL
Louis Jezequel
Yifan Yang
Original Assignee
Psa Automobiles Sa
Centre National De La Recherche Scientifique
Ecole Centrale De Lyon
Ecole Nationale D'ingenieurs De Saint-Etienne
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Publication date
Application filed by Psa Automobiles Sa, Centre National De La Recherche Scientifique, Ecole Centrale De Lyon, Ecole Nationale D'ingenieurs De Saint-Etienne filed Critical Psa Automobiles Sa
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/12—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon
    • F16F15/131—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon the rotating system comprising two or more gyratory masses
    • F16F15/133—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon the rotating system comprising two or more gyratory masses using springs as elastic members, e.g. metallic springs
    • F16F15/1336—Leaf springs, e.g. radially extending
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/14—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using masses freely rotating with the system, i.e. uninvolved in transmitting driveline torque, e.g. rotative dynamic dampers
    • F16F15/1407—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using masses freely rotating with the system, i.e. uninvolved in transmitting driveline torque, e.g. rotative dynamic dampers the rotation being limited with respect to the driving means
    • F16F15/1414—Masses driven by elastic elements
    • F16F15/1421—Metallic springs, e.g. coil or spiral springs

Definitions

  • the present invention relates to the field of noise and vibration traps, including devices for reducing noise and vibration when they are considered nuisance.
  • the invention relates to a device for trapping torsional vibrations within rotating systems with the aid of several resonators.
  • these torsional vibrations can occur, for example, in the traction kinematic chains of a motor vehicle using, for example, a piston heat engine, the trapping device according to the invention making it possible more particularly to reduce vibrations at a flywheel placed towards the output of a combustion engine of the motor vehicle and a transmission system, for example a clutch or a gearbox.
  • the category of vibratory trap devices according to the invention is preferably limited to so-called passive devices, it being understood that these passive devices do not embark or require additionally a control system, feedback or electrical regulation .
  • These vibratory trap devices are frequently called drummers, chokes, or Helmholtz resonators in the acoustic field. They are also known as the “Tuned Mass Damper”, also known as TMD. They reduce themselves generally, functionally, first-order, a mass-spring-damper system, which is positioned and best tuned to the vibrating structure to be treated.
  • Such vibratory trap devices of the drummer type have been known and used for a very long time.
  • One example among many others, using this conventional principle and proposing integrations and means of realization particularly adapted to the problem of high pressure injectors is illustrated by the document WO2008 / 003879.
  • Most of the vibratory trap devices known in the prior art may have the following disadvantages.
  • the first disadvantage is that these devices generally comprise one or possibly two resonators which have said tuning frequencies which are fixed once and for all or difficult to change without using a so-called active control system. This limits their effectiveness in the vicinity of a well-defined and therefore limiting frequency. This results, for example, in a lack or absence of efficiency when the operating conditions of the structure to be trapped evolve by the operation, or when the properties of the trap derive from the hazards of mass production, compared to those taken in account for the nominal dimensioning of the trap.
  • a second disadvantage is that these devices must necessarily incorporate, in practice, in addition to a flexibility function, vibration damping capacity significant enough to dissipate the vibrations that have been trapped within them.
  • this function is provided by the more or less important use of an organic material having a significant damping factor, such as elastomers.
  • a third disadvantage is that these vibratory trap devices that are added to the structure to be treated finally represent a non-negligible mass, often of the order of 10% or more of the mass of the structure to be treated, if we want to have good efficiency.
  • this represents a significant disadvantage.
  • these vibratory trap devices have an efficiency sometimes questionable because if they allow to eliminate or reduce a harmful resonance they produce other secondary resonances, or parasitic resonances, which are very often harmful in the end and limit the potential of these devices.
  • vibratory traps with multiple masses tuned should not just be a juxtaposition of vibration traps to a single mass taken alone. It is necessary to precisely adjust the vibratory couplings between the elementary resonators of the multi-mass system, the aim being that their effects accumulate optimally.
  • vibratory traps with several resonators can for example take the appearance of comb-shaped structures or even stars.
  • Document FR3035939 discloses a vibration trap device intended to be fixed on a rotating structure subject to vibration.
  • the device comprises a plurality of vibratory resonators for trapping vibrations.
  • Each resonator is elongate with one end connected to the rotating structure.
  • the device has at least partially a star shape with each resonator forming a branch of the star, the spatial distribution of the masses of the resonators of the device satisfying the inertial equilibrium relative to the axis of rotation.
  • the problem underlying the invention is to design a vibratory trap device that can operate in particular but not exclusively in conditions approaching stationary conditions for a significant drop in vibration level on a structure subject to a excitement maintained over time causing vibrations.
  • a first aspect of the invention relates to a vibratory trap device intended to be fixed on a rotating structure subject to vibration, the device being mounted on an axis of rotation intended to be that of the rotating structure and comprising a plurality of vibratory resonators for trapping vibrations, the vibratory resonators being spatially adjacent to each other by being connected to the rotating structure directly, or indirectly by a common support, each resonator being of elongate shape with an end connected to the support or the rotating structure, each resonator generating frequencies and modes of its own vibration, each resonator being made of a metallic material, the device having at least partially a star shape with each resonator forming a branch of the star, with a free end further from the axis of rotation than the end fixed, the spatial distribution of the masses of the device satisfying the inertial equilibrium relative to the axis of rotation, characterized in that each resonator of at least a part of all the resonators is formed by at least two elongate elements and comprises
  • the holding means exert a stress, in particular a contact pressure, on said at least two elongated elements so that the relative movement of one element elongated with respect to the other generates a friction at the level of a contact surface between said at least two elongated elements.
  • the friction between the elongate elements causes a dissipation of the vibratory energy, which makes it possible to attenuate the vibrations effectively.
  • the holding means comprise a plurality of fastening or plating zones distributed along the length of said at least two elongate elements.
  • the at least two elongate elements are magnetized and the holding means consist of the magnetic force generated by said at least two elongate elements.
  • the holding means comprise an assembly by riveting and / or screwing and / or bonding.
  • each elongated element is formed by assembling at least two elongate portions along the longitudinal axis of the element.
  • each elongate portion has different mechanical and / or geometrical characteristics.
  • each elongated element has different mechanical and / or geometrical characteristics.
  • each elongated element is a blade.
  • the blade is fixed in the direction of the axis of rotation so that the direction of the largest dimension of cross section is aligned with the axis of rotation.
  • a second aspect of the invention relates to a vehicle traction chain comprising a vibratory trap device according to the invention.
  • a final aspect of the invention relates to a vehicle equipped with the vehicle traction chain according to the invention.
  • FIG. 1 represents a schematic view of a vibratory trap device with several resonators according to the invention.
  • FIG. 2 represents a schematic view of details of a resonator according to the invention
  • FIG. 3 represents a schematic view of details of an elongated element forming a resonator according to the invention.
  • the present invention relates to a vibratory trap device, also called drummer, having multiple resonators according to a distributed architecture for trapping at best on a structure or a rotating system subject to vibration, all or part of the vibrations that we consider it harmful. It is characterized in particular by an arrangement vibratory resonators on the device, these resonators being able to have mechanical characteristics, for example without being limited in size, constituent materials, an arrangement or a shape such that the vibratory trap device can produce an effective and robust absorber for the vibrations adverse.
  • the present invention is preferably applied to the reduction of torsional vibrations on rotating structures, for example in rotation about a given axis.
  • Such vibratory trap devices find a particular application for motor vehicles, more particularly close to the interface of the engine and the transmission in these vehicles and especially close to one or in a flywheel associated with an engine. piston, or a drivetrain subject to acyclic vibrations.
  • the conditions of use of the device according to the present invention are among others those for which the rotating structure is subject to sustained excitation, for example, in the case of motor vehicles, by the acyclic operation of the engine fitted to these vehicles.
  • Such a device is described in particular in document FR3035939.
  • the invention constitutes in particular an improvement of this device.
  • the device 1 intended to be fixed on a rotating structure subject to vibration, is mounted on an axis 2 of rotation intended to be that of the rotating structure and comprises several vibratory resonators 3 for trapping vibrations.
  • the vibration trap device 1 is positioned at a location of the so-called rotating structure to be processed, this rotating structure being able to have a geometry and a complex behavior, as well as being included in an equally complex coupled system.
  • Vibratory resonators 3 are spatially adjacent to each other by being rigidly or quasi-rigidly connected to the rotating structure directly. Alternatively, the resonators 3 can be rigidly connected by an intermediate common support 4, visible in Figure 1, thus indirectly related to the rotating structure.
  • Each resonator 3 is elongate with one end connected to the common support 4 or to the rotating structure.
  • this common support 4 may be a member such as a rotation shaft, much more rigid than the resonators 3, or even deformable.
  • Each resonator 3 has frequencies and modes of vibration. It can be modeled at first order by an equivalent damped mass-spring system, with a degree of freedom. The frequencies and eigenmodes of vibration of each resonator are defined in the situation where the latter is attached to the rotating structure or to the common support 4.
  • Each resonator 3 is made of a metallic material, the device 1 having at least partially a star shape with each resonator 3 forming a branch of the star, with a free end further from the axis 2 of rotation the fixed end, the spatial distribution of the masses of the resonators 3 and the possible support 4 being balanced all around the axis 2 of rotation so as to avoid adverse effects of unbalance.
  • the metallic material is preferably steel or aluminum.
  • Each of the resonators 3 has several frequencies and natural modes of vibration.
  • the spectrum of each resonator thus comprises several eigenfrequencies below a maximum frequency of interest for the case to be treated.
  • the eigenfrequencies of the resonators 3 may be different by covering a frequency interval intended to extend around the harmful resonant frequency of the rotating structure, each resonator 3 having its own frequency spectrum slightly offset from that of the other resonators 3
  • the first of the eigenfrequencies (that is to say the lowest, called fundamental) is around the resonance frequency harmful to treat.
  • the resonators 3 may have a volume, weight or material different from each other.
  • each resonator As can be seen in FIGS. 1 to 3, each resonator
  • the blade 3 may be in the form of a blade, the bending oscillations resonator rods 3 being preferably performed in a plane orthogonal to the axis 2 of rotation of the device 1, when the rotating structure is rotating.
  • the blades have a blade shape fixed substantially in the direction of the axis 2 of rotation, in other words, the direction of the largest dimension of cross section is aligned with the axis 2 of rotation, with for example a cross-section of rectangular or elliptical shape rather than square or round.
  • the spatial mass distribution of the resonators 3 is in the form of blades to minimize the dynamic unbalance of the device 1 vibration trap.
  • each resonator 3 of at least a part of all the resonators 3 is formed by an assembly of at least 2 blades, 31, 32 or elongated elements. At least a portion of the faces of these blades are held in contact with each other by holding means 33. These holding means exert a stress perpendicular to the surface of the blades 31 32 so that the relative movement of a blade by relative to the other during operation of the device generates a friction at the contact surface of the blades 31, 32.
  • the mechanical work of these friction forces ensures that the trap system has a superior dissipation of the vibration vibration energy generated by the support, compared to the device described in document FR3035939.
  • FIG. 2 only one holding point or veneer 33 is shown. However, there may be several holding points or veneer along the blades. For example, if at least 3 blades are used in a resonator 3, the blades can be held 2 by 2 by shifting the attachment points 33 along the length of the blades so that the point of attachment of the first 2 blades is not located at the same level as the attachment point of 2 other blades.
  • the blades 31, 32 may be magnetized.
  • the magnetic attraction force holding the blades 31, 32 plated is generated by magnets secured to the blades 31, 32.
  • Any other holding device such as bolting through a recess more or less wide, the welding , riveting and / or bonding can be used to press two blades 31, 32 against each other to ensure an optimal contact pressure for the generation of the best frictional dissipation during the relative displacement of the two blades .
  • each blade 31, 32 of the resonator 3 is of different shape. It is also possible to provide materials whose mechanical properties are different. The choice of dimensions, materials and the level of stress applied to the contact surface of the blades is determined to obtain the best vibration dissipation according to the characteristics of the system to be treated.
  • each blade may be formed by an assembly of a plurality of elongate portions.
  • Each elongated portion of a blade may have different mechanical properties due to the chosen material, its shape or its dimensions. Thus, several contact surfaces of different characteristics are created to dissipate by friction the energy of vibration phenomena of different characteristics.
  • the main focus parameters of the resonator 3 according to the invention are in particular: the contact pressure between the blades of each resonator generated by the holding means;
  • the trap device according to the present invention is effective over a fairly wide frequency range around the and / or frequencies where resonances to be processed on the rotating structure occur.
  • the device can potentially follow one or more orders of the engine while adapting to the speed of rotation of the engine or engine speed that varies.
  • the mass generally added to the system to be treated through the device according to the present invention is reduced compared to the added mass that would represent a trap device in the form of a conventional drummer having only one resonator.
  • the vibratory trap device can dissipate unwanted additional vibrations without using highly damped organic materials, such as rubber or polymers, to achieve the main function of stiffness resonators. This makes the device particularly more robust and reliable over time.

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Abstract

Dispositif (1) de piège vibratoire monté sur un axe de rotation (2) destiné à être celui de la structure tournante et comprenant plusieurs résonateurs (3) vibratoires pour le piégeage des vibrations, chaque résonateur (3) étant de forme allongée avec une extrémité reliée au support ou à la structure tournante (4), chaque résonateur (3) présentant des fréquences et des modes propres de vibration, chaque résonateur (3) étant réalisé en un matériau métallique, le dispositif générant au moins partiellement une forme d'étoile avec chaque résonateur (3) formant une branche de l'étoile, la distribution spatiale des masses du dispositif satisfaisant l'équilibrage inertiel relativement à l'axe de rotation (2) caractérisé en ce que chaque résonateur (3) d'au moins une partie de tous les résonateurs est formé par au moins deux éléments allongés et comprend des moyens de maintien en contact desdits au moins deux éléments allongés sur au moins une portion de leur longueur.

Description

DISPOSITI F DE PI EGE VIBRATOI RE DE TORSION
[0001 ] La présente invention concerne le domaine des pièges à bruits et vibrations, notamment les dispositifs permettant de réduire bruits et vibrations lorsqu'ils sont considérés comme des nuisances.
[0002] Plus particulièrement, l'invention porte sur un dispositif permettant de piéger des vibrations de torsion au sein de systèmes en rotation à l'aide de plusieurs résonateurs. Dans une application particulière non limitative, ces vibrations de torsion peuvent se produire par exemple dans les chaînes cinématiques de traction d'un véhicule automobile utilisant, par exemple, un moteur thermique à pistons, le dispositif de piégeage selon l'invention permettant plus particulièrement de réduire les vibrations au niveau d'un volant d'inertie placé vers la sortie d'un moteur thermique du véhicule automobile et un système de transmission, par exemple un embrayage ou une boîte de vitesses.
[0003] La catégorie des dispositifs de piège vibratoire selon l'invention se limite préférentiellement à des dispositifs dits passifs, étant entendu que ces dispositifs passifs n'embarquent pas ou ne nécessitent pas en supplément un système de contrôle, de rétroaction ou de régulation électrique.
[0004] Un grand nombre de dispositifs de piège vibratoire passifs existent pour faire office de pièges à vibrations qui sont localisés à un endroit d'une structure à traiter avec avantageusement une interface de couplage entre la structure à traiter et le dispositif de piège vibratoire de faible étendue comparée à l'étendue totale de la structure.
[0005] Ces dispositifs de piège vibratoire sont fréquemment appelés batteurs, étouffeurs, ou encore résonateurs de Helmholtz dans le domaine acoustique. Ils sont aussi connus sous l'appellation anglo-saxonne de « tuned mass damper » en étant aussi dénommés TMD. Ils se réduisent généralement, fonctionnellement, au premier ordre, à un système masse- ressort-amortisseur, que l'on vient positionner et accorder au mieux possible sur la structure vibrante qui est à traiter.
[0006] De tels dispositifs de piège vibratoire du type batteur sont connus et utilisés depuis fort longtemps. Un exemple parmi beaucoup d'autres, utilisant ce principe classique et proposant des intégrations et des moyens de réalisation particulièrement adaptés au problème des injecteurs haute pression est illustré par le document W02008/003879. La majeure partie des dispositifs de piège vibratoire connus dans l'art antérieur peut avoir les inconvénients suivants. Le premier désavantage est que ces dispositifs comprennent généralement un ou éventuellement deux résonateurs qui ont des fréquences dites d'accord qui sont fixées une fois pour toutes ou difficilement changeables sans faire appel à un système de contrôle dit actif. Cela limite leur efficacité au voisinage d'une fréquence bien déterminée et donc limitative. Il en résulte par exemple un manque voire une absence d'efficacité lorsque les conditions de fonctionnement de la structure à piéger évoluent de par le fonctionnement, ou lorsque les propriétés du piège dérivent de par les aléas de production en série, par rapport à celles prises en compte pour le dimensionnement nominal du piège.
[0007] Un deuxième désavantage est que ces dispositifs doivent nécessairement intégrer, en pratique, en plus d'une fonction de flexibilité, une capacité d'amortissement vibratoire assez significative afin de dissiper les vibrations qui ont été piégées en leur sein. Généralement cette fonction est assurée par l'emploi plus ou moins important d'une matière organique présentant un facteur d'amortissement important, comme par exemple les élastomères.
[0008] Or ces matières qui ont des tenues et durées de vie limitées dans le temps ne peuvent de surcroît pas toujours être employées du fait de conditions défavorables régnant dans l'environnement de la structure à piéger, par exemple une pression ou une température trop élevée. De plus, les élastomères ont des caractéristiques variant avec la température et les précontraintes, etc., ce qui peut être en pratique très handicapant pour la mise au point des dispositifs de piège vibratoire. Enfin, ces matières susceptibles d'endommagement précoce sont souvent utilisées comme des structures porteuses d'autres constituants du piège, auquel cas leur rupture peut provoquer des dommages importants.
[0009] Un troisième désavantage est que ces dispositifs de piège vibratoire qu'on ajoute à la structure à traiter représentent enfin nécessairement une masse non négligeable, souvent de l'ordre de 10% ou plus de la masse de la structure à traiter, si l'on souhaite avoir une bonne efficacité. Or, dans un contexte dans lequel l'allégement des véhicules reste une priorité dans leur conception, ceci représente un inconvénient important.
[0010] Enfin, en tant que quatrième désavantage notoire, ces dispositifs de piège vibratoire ont une efficacité parfois discutable car s'ils permettent d'éliminer ou réduire une résonance nuisible ils produisent d'autres résonances secondaires, ou résonances parasites, qui sont très souvent dommageables au final et limitent le potentiel de ces dispositifs.
[001 1 ] Il existe aussi des pièges vibratoires à plusieurs résonateurs aussi connus sous l'abréviation anglaise de MTMD signifiant batteurs à plusieurs masses accordées. De tels pièges vibratoires se distinguent des pièges vibratoires à une masse accordée par le fait qu'ils utilisent plusieurs résonateurs vibratoires ou oscillateurs élémentaires pour fonctionner comme pièges à vibrations. Cela a entre autres potentialités positives l'extension de la gamme de fréquences pour lesquelles le piège peut être efficace.
[0012] Un point important est que, pour bien fonctionner, le piège vibratoire à multiples masses accordées ne doit pas juste être une juxtaposition de pièges vibratoires à une unique masse pris isolément. Il est nécessaire de précisément régler les couplages vibratoires entre les résonateurs élémentaires du système à multiples masses, le but étant que leurs effets se cumulent de manière optimale. En termes d'architecture organique, les pièges vibratoires à plusieurs résonateurs peuvent par exemple prendre l'aspect de structures à forme de peignes ou encore d'étoiles.
[0013] Le document FR3035939 décrit un dispositif de piève vibratoire destiné à venir se fixer sur une structure tournante sujette à des vibrations. Le dispositif comprend plusieurs résonateurs vibratoires pour le piégeage des vibrations. Chaque résonateur est longiforme avec une extrémité reliée à la structure tournante. Selon ce document, le dispositif présente au moins partiellement une forme d'étoile avec chaque résonateur formant une branche de l'étoile, la distribution spatiale des masses des résonateurs du dispositif satisfaisant l'équilibrage inertiel relativement à l'axe de rotation. Même si ce dispositif résout un certain nombre d’inconvénient précités, l’efficacité en termes d’amortissement des vibrations peut être améliorée. Il faut en effet toujours, même si cela est dans une moindre mesure, apporter un peu d’amortissement au piège pour qu’il fonctionne de façon optimale.
[0014] Par conséquent, le problème à la base de l'invention est de concevoir un dispositif de piège vibratoire pouvant fonctionner notamment mais pas exclusivement dans des conditions se rapprochant de conditions stationnaires pour une baisse significative du niveau vibratoire sur une structure sujette à une excitation entretenue au cours du temps occasionnant des vibrations.
[0015] Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un dispositif de piège vibratoire destiné à venir se fixer sur une structure tournante sujette à des vibrations, le dispositif étant monté sur un axe de rotation destiné à être celui de la structure tournante et comprenant plusieurs résonateurs vibratoires pour le piégeage des vibrations, les résonateurs vibratoires étant voisins spatialement les uns des autres en étant liés à la structure tournante directement, ou indirectement par un support commun, chaque résonateur étant de forme allongée avec une extrémité reliée au support ou à la structure tournante, chaque résonateur générant des fréquences et des modes propres de vibration, chaque résonateur étant réalisé en un matériau métallique, le dispositif présentant au moins partiellement une forme d'étoile avec chaque résonateur formant une branche de l'étoile, avec une extrémité libre plus éloignée de l'axe de rotation que l'extrémité fixée, la distribution spatiale des masses du dispositif satisfaisant l'équilibrage inertiel relativement à l'axe de rotation caractérisé en ce que chaque résonateur d'au moins une partie de tous les résonateurs est formé par au moins deux éléments allongés et comprend des moyens de maintien en contact desdits au moins deux éléments allongés sur au moins une portion de leur longueur. Fabriquer au moins une partie des résonateurs avec deux éléments allongés maintenus en contact permet de mieux calibrer le piégeage des vibrations, en choisissant des dimensions relatives ou des matières particulières.
[0016] Avantageusement, les moyens de maintien exercent une contrainte, notamment une pression de contact, sur lesdits au moins deux éléments allongés de sorte que le mouvement relatif d’un élément allongés par rapport à l’autre génère une friction au niveau d’une surface de contact entre lesdits au moins deux éléments allongés. Le frottement entre les éléments allongés provoque une dissipation de l'énergie vibratoire, ce qui permet d'atténuer efficacement les vibrations.
[0017] Avantageusement, les moyens de maintien comprennent une pluralité de zones de fixation ou de placage répartie sur la longueur desdits au moins deux éléments allongés.
[0018] Avantageusement, les au moins deux éléments allongés sont aimantés et les moyens de maintien consistent en la force magnétique générées par lesdits au moins deux éléments allongés.
[0019] Avantageusement, les moyens de maintien comprennent un assemblage par rivetage et/ou vissage et/ou collage.
[0020] Avantageusement, chaque élément allongé est formé par l’assemblage d’au moins deux portions allongées selon l’axe longitudinal de l’élément. [0021 ] Avantageusement, chaque portion allongée a des caractéristiques mécaniques et/ou géométriques différentes.
[0022] Avantageusement, chaque élément allongé a des caractéristiques mécaniques et/ou géométriques différentes.
[0023] Avantageusement, chaque élément allongé est une lame.
[0024] Avantageusement, la lame est fixée dans le sens de l’axe de rotation de sorte que la direction de la plus grande dimension de section transversale soit alignée avec l’axe de rotation.
[0025] Un deuxième aspect de l'invention concerne une chaîne de traction de véhicule comprenant un dispositif de piège vibratoire selon l’invention.
[0026] Un dernier aspect de l’invention concerne un véhicule équipé de la chaîne de traction de véhicule selon l’invention.
[0027] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels :
[0028] la figure 1 représente une vue schématique un dispositif de piège vibratoire avec plusieurs résonateurs selon l’invention.
[0029] la figure 2 représente une vue schématique de détails d’un résonateur selon l’invention,
[0030] la figure 3 représente une vue schématique de détails d’un élément allongé formant un résonateur selon l’invention.
[0031 ] La présente invention concerne un dispositif de piège vibratoire, aussi appelé batteur, comportant de multiples résonateurs selon une architecture distribuée permettant de piéger au mieux, sur une structure ou un système tournant sujet aux vibrations, tout ou une partie des vibrations qu'on juge néfastes. Elle se caractérise notamment par un agencement particulier des résonateurs vibratoires sur le dispositif, ces résonateurs pouvant avoir des caractéristiques mécaniques, par exemple sans être limitatif des dimensions, des matériaux constitutifs, un agencement ou une forme tels que le dispositif de piège vibratoire puisse réaliser un absorbeur efficace et robuste pour les vibrations néfastes.
[0032] La présente invention s'applique préférentiellement à la réduction des vibrations de torsion sur des structures en rotation, par exemple en rotation autour d'un axe déterminé. De tels dispositifs de piège vibratoire trouvent une application particulière pour des véhicules automobiles, plus particulièrement à proximité de l'interface du moteur et de la transmission dans ces véhicules et spécialement à proximité d'un ou dans un volant d'inertie associé à un moteur à piston, ou d'une chaîne de traction sujette à des vibrations acycliques.
[0033] Les conditions d'utilisation du dispositif selon la présente invention sont entre autres celles pour lesquelles la structure tournante est soumise à une excitation entretenue, par exemple, dans le cas de véhicules automobiles, par le fonctionnement acyclique du moteur équipant ces véhicules.
[0034] Un tel dispositif est décrit notamment dans le document FR3035939. L’invention constitue notamment une amélioration de ce dispositif.
[0035] En se référant aux figures 1 à 3 pour les diverses caractéristiques du dispositif de piège vibratoire, le dispositif 1 , destiné à venir se fixer sur une structure tournante sujette à des vibrations, est monté sur un axe 2 de rotation destiné à être celui de la structure tournante et comprend plusieurs résonateurs 3 vibratoires pour le piégeage des vibrations.
[0036] Le dispositif 1 de piège à vibrations est positionné à un endroit de la structure tournante dite à traiter, cette structure tournante pouvant avoir une géométrie et un comportement complexe, ainsi qu'être comprise dans un système couplé également complexe. Les résonateurs 3 vibratoires sont voisins spatialement les uns des autres en étant liés rigidement ou quasi- rigidement à la structure tournante directement. En alternative, les résonateurs 3 peuvent être liés rigidement par un support 4 commun intermédiaire, visible à la figure 1 , donc indirectement liées à la structure tournante.
[0037] Chaque résonateur 3 est longiforme avec une extrémité reliée au support 4 commun ou à la structure tournante. Dans le cas d'une utilisation d'un support 4, ce support 4 commun peut être un organe tel qu'un arbre de rotation, bien plus rigide que les résonateurs 3, voire indéformable.
[0038] Chaque résonateur 3 présente des fréquences et des modes propres de vibration. Il peut être modélisé au premier ordre par un système masse-ressort amorti équivalent, présentant un degré de liberté. Les fréquences et modes propres de vibration de chaque résonateur sont définis dans la situation où ce dernier est fixé à la structure tournante ou au support 4 commun. [0039] Chaque résonateur 3 est réalisé en un matériau métallique, le dispositif 1 présentant au moins partiellement une forme d'étoile avec chaque résonateur 3 formant une branche de l'étoile, avec une extrémité libre plus éloignée de l'axe 2 de rotation que l'extrémité fixée, la distribution spatiale des masses des résonateurs 3 et de l'éventuel support 4 étant équilibrée tout autour de l'axe 2 de rotation de manière à éviter des effets néfastes de balourd. Le matériau métallique est préférentiellement de l'acier ou de l'aluminium.
[0040] Chacun des résonateurs 3 possède plusieurs fréquences et modes propres de vibration. Le spectre de chaque résonateur comprend ainsi plusieurs fréquences propres en dessous d'une fréquence maximale d'intérêt pour le cas à traiter. Les fréquences propres des résonateurs 3 peuvent être différentes en couvrant un intervalle fréquentiel destiné à s'étendre autour de la fréquence de résonance néfaste de la structure tournante, chaque résonateur 3 ayant son spectre de fréquences propres légèrement décalé par rapport à celui des autres résonateurs 3. De préférence, la première des fréquences propres (c'est-à-dire la plus basse, appelée fondamentale) est autour de la fréquence de résonance néfaste à traiter.
[0041 ] Les résonateurs 3 peuvent présenter un volume, un poids ou une matière différents les uns des autres.
[0042] Comme il est visible aux figures 1 à 3, chaque résonateur
3 peut être sous la forme d'une lame, les oscillations de flexion des tiges formant résonateurs 3 s'effectuant préférentiellement dans un plan orthogonal à l'axe 2 de rotation du dispositif 1 , lorsque la structure tournante est en rotation. Dans ce cas, les lames présentent une forme de lame fixée sensiblement dans le sens de l'axe 2 de rotation, autrement dit dont la direction de la plus grande dimension de section transversale est alignée avec l'axe 2 de rotation, avec par exemple une section transversale de forme rectangulaire ou elliptique plutôt que carrée ou ronde.
[0043] La distribution spatiale de masse des résonateurs 3 est sous forme de lames pour minimiser les balourds dynamiques du dispositif 1 de piège à vibrations.
[0044] Selon l’invention, chaque résonateur 3 d’au moins une partie de tous les résonateurs 3 est formé par un assemblage d’au moins 2 lames, 31 , 32 ou éléments allongés. Au moins une portion des faces de ces lames sont maintenues en contact les unes avec les autres par des moyens de maintien 33. Ces moyens de maintien exercent une contrainte perpendiculaire à la surface des lames 31 32 sorte que le mouvement relatif d’une lame par rapport à l’autre lors du fonctionnement du dispositif génère une friction au niveau de la surface 35 de contact des lames 31 , 32. Selon l’invention, le travail mécanique de ces forces de friction assure au système de piège une dissipation supérieurement optimale de l’énergie vibratoire de torsion générée par le support, par rapport au dispositif décrit dans le document FR3035939.
[0045] Selon la figure 2, un seul point de maintien ou de placage 33 est représenté. Toutefois, on peut prévoir plusieurs points de maintien ou de placage le long des lames. Par exemple, si au moins 3 lames sont utilisées dans un résonateur 3, les lames peuvent être maintenues 2 par 2 en décalant les points de fixation 33 sur la longueur des lames de sorte que le point de fixation de 2 premières lames ne soit pas situé au même niveau que le point de fixation de 2 autres lames.
[0046] Par ailleurs, à titre d’exemple les lames 31 , 32 peuvent être aimantées. La force d’attraction magnétique jouant alors le rôle de moyen de maintien des lames. Selon une autre variante, la force d’attraction magnétique maintenant les lames 31 , 32 plaquée est généré par des aimants solidaires des lames 31 , 32. Tout autre dispositif de maintien tel que le boulonnage à travers un évidement plus ou moins large, le soudage, le rivetage et/ou le collage peut être employé pour plaquer deux lames 31 , 32 l’une contre l’autre afin d’assurer une pression de contact optimale pour la génération de la meilleure dissipation par friction lors du déplacement relatif des 2 lames.
[0047] Selon un mode de réalisation chaque lame 31 , 32 du résonateur 3 est de forme différente. On peut également prévoir des matériaux dont les propriétés mécaniques sont différentes. Les choix des dimensions, matériaux ainsi que le niveau de contraintes appliquées sur la surface de contact des lames est déterminé pour obtenir la meilleure dissipation vibratoire en fonction des caractéristiques du système à traiter.
[0048] Selon un autre mode de réalisation (non représenté), chaque lame peut être formée par un assemblage d’une pluralité de portions allongées. Chaque portion allongée d’une lame peut avoir des propriétés mécaniques différentes de par le matériau choisi, sa forme ou ses dimensions. Ainsi, plusieurs surfaces de contact de caractéristiques différentes sont créées pour dissiper par friction l’énergie des phénomènes vibratoires de caractéristiques différentes.
[0049] Les paramètres principaux de mise au point des résonateur 3 selon l’invention sont notamment : - la pression de contact entre les lames de chaque résonateur généré par les moyens de maintien ;
- le coefficient de frottement, caractérisant au premier ordre le comportement frottant de l’interface commune à deux lames ;
- la surface de frottement ;
- consécutivement, le nombre, la position et les propriétés mécaniques locales des points de de fixation qui permettent de plaquer l’une contre l’autre les lames d’un résonateur.
[0050] Le dispositif de piège selon la présente invention est efficace sur une assez large gamme de fréquences autour de la et/ou des fréquences où se produisent des résonances à traiter sur la structure tournante. Le dispositif peut potentiellement suivre un ou plusieurs ordres du moteur en s'adaptant alors à la vitesse de rotation du moteur ou du régime moteur qui varie. La masse globalement ajoutée au système à traiter à travers le dispositif selon la présente invention est réduite en comparaison de la masse ajoutée que représenterait un dispositif de piège sous forme d'un batteur classique ne comportant qu'un résonateur.
[0051 ] Par son architecture, le dispositif de piège vibratoire selon la présente invention peut dissiper les vibrations supplémentaires indésirables sans avoir recours à des matériaux organiques fortement amortis, comme par exemple les caoutchoucs ou polymères, pour réaliser la fonction principale de raideur des résonateurs. Cela rend le dispositif notamment plus robuste et fiable dans le temps.
[0052] On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l’invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (1 ) de piège vibratoire destiné à venir se fixer sur une structure tournante (4) sujette à des vibrations, le dispositif étant monté sur un axe de rotation (2) destiné à être celui de la structure tournante et comprenant plusieurs résonateurs (3) vibratoires pour le piégeage des vibrations, les résonateurs (3) vibratoires étant voisins spatialement les uns des autres en étant liés à la structure tournante (4) directement, ou indirectement par un support commun, chaque résonateur (3) étant de forme allongée avec une extrémité reliée au support ou à la structure tournante (4), chaque résonateur (3) générant des fréquences et des modes propres de vibration, chaque résonateur (3) étant réalisé en un matériau métallique, le dispositif présentant au moins partiellement une forme d'étoile avec chaque résonateur (3) formant une branche de l'étoile, avec une extrémité libre plus éloignée de l'axe (2) de rotation que l'extrémité fixée, la distribution spatiale des masses du dispositif satisfaisant l'équilibrage inertiel relativement à l'axe de rotation (2) caractérisé en ce que chaque résonateur (3) d'au moins une partie de tous les résonateurs (3) est formé par au moins deux éléments allongés (31 , 32) et comprend des moyens de maintien (33) en contact desdits au moins deux éléments allongés sur au moins une portion de leur longueur.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens de maintien (33) exercent une contrainte sur lesdits au moins deux éléments allongés (31 , 32) de sorte que le mouvement relatif d’un élément allongé par rapport à l’autre génère une friction au niveau d’une surface de contact (35) entre lesdits au moins deux éléments allongés (31 , 32).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de maintien (33) comprennent une pluralité de zones de fixation ou de placage répartie sur la longueur desdits au moins deux éléments allongés (31 , 32).
4. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits au moins deux éléments allongés (31 , 32) sont aimantés et les moyens de maintien (33) consistent en la force magnétique générées par lesdits au moins deux éléments allongés.
5. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de maintien comprennent un assemblage par rivetage et/ou vissage et/ou collage et/ou boulonnage.
6. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément allongé (31 , 32) est formé par l’assemblage d’au moins deux portions allongées selon l’axe longitudinal de l’élément.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque portion allongée a des caractéristiques mécaniques et/ou géométriques différentes.
8. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément allongé a des caractéristiques mécaniques et/ou géométriques différentes.
9. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément allongé (31 , 32) est une lame.
10. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la lame est fixée dans le sens de l’axe (2) de rotation de sorte que la direction de la plus grande dimension de section transversale soit alignée avec l’axe (2) de rotation.
11. Chaîne de traction de véhicule comprenant un dispositif selon l’une des revendications précédentes.
12. Véhicule automobile comprenant une chaîne de traction selon la revendication précédente.
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