Brevet FR2061608A1 — publié le 19710625

La présente invention est relative aux engrenages destinés, par exemple, h être utilisés dans les transmissions pour véhicules automobiles, et à la diminution des vibrations et du bruit produits pendant le fonctionnement de ces engrenages. Le brevet des Etats 5 Unis d'Amérique 3-080.771, par exemole, décri^ un engrenage destiné aux transmissions pour véhicules automobiles, comportant une roue dentée composée d'un voile mince et de dents, présentant chacune des parties venant en contact avec les dents d'un autre engrenage ce qui produit des impulsions ou chocs d'engrènement formant un anneau de ventres de vibrations au voisinage des parties des dents venant en contact les unes avec les autres et un dispositif destiné à diminuer les vibrations dans cette roue dentée. Suivant ce brevet un anneau hélicoïdal est fixé dans une gorge ménagée dans le voile de la roue dentée. Un tel anneau peut exercer une précontrainte 15 déterminée sur la roue dentée, mais cette précontrainte ne peut pas être modifiée. F,n outre, il n'est pas toujours souhaitable que le voile d'une roue dentée présente une gorge. Suivant l'invention, un engrenage pour transmission de véhicule automobile est caractérisé en ce nu'il comprend un res-20 sort annulaire tronconique dont une partie périphériaue est appliquée de façon continue en contact contre une face latérale de la roue dentée suivant une zone de contact oui correspond à peu près à l'anneau de ventres de vibration, et un dispositif de support fixé sur la roue dentée et appliqué contre une partie de la périphérie 25 interne du ressort, de façon à permettre le pivotement du ressort sur le dispositif de support, ce qui provoque la transmission de vibrations d'un point quelconque de la partie périphérique externe du ressort à un point diamétralement opposé, engendrant une vibration différente en vue de la dissipation,de la répartition et/ou 50 de la production d'une vibration perturbatrice,pour la diminution des vibrations de la roue dentée. Le dispositif de support produit une précontrainte déterminée dudit ressort, et cette précontrainte agit sur la roue dentée de façon à augmenter la fréquence de résonance de la roue dentée au-dessus de la fréquence des impulsions 55 ou chocs d'engrènement. Le dispositif de support est réglable en vue de modifiera précontrainte, et celle-ci est telle que la fréquence de résonance est augmentée au-delà de la bande de fréquence audible. f * Pendant le fonctionnement d engrenages de transmission, il 70 32595 2 2061608 se produit des impulsions ou chocs d'engrènement qui résultent des forces avec lesquelles les dents sont appliquées les unes contre les autres dans la zone de contact initial de chaque paire de dents Ces chocs ou impulsions d'engrènement se produisent à une fréquence de base qui est proportionnelle au nombre des dents et à la vitesse 5 de la roue dentée, ainsi au'aux harmoniques de la fréquence de base et ils engendrent une vibration bruyante du voile de la roue dentée La source principale de ce bruit est une zone de ventres de vibration nui est située au voisinage du cercle primitif des dents de ^ la roue. Le voile de la roue agit comme un dessus de tambour et produit un bruit sous l'effet de la vibration provoquée par les chocs d'engrènement. Grâce à l'invention, le bruit émis par le voile d'une roue den-tée est réduit par la précontrainte d'un élément annulaire appliqué suivant une zone de contact annulaire contre une face latérale de la roue dentée à l'endroit où est situé un anneau de ventres de vibration, sur le cercle primitif ou près de ce cercle, et par le montage de cet élément sur un dispositif de support avec une pré- QA contrainte déterminée, afin d'augmenter la fréquence de résonance au-dessus de la fréquence propre des chocs d'engrènement dans la plage de fonctionnement normal, ou au-dessus des fréquences audibles, le montage étant effectué de telle manière que ledit élément puisse tourner, si bien qu'une force de vibration émanant d'un ventre de vibration quelconque est transmise à l'élément dans une direction opposée, en un nombre infini de points de sa périphérie, ce qui provoque une répartition, une dissipation et une interférence de vibrations qui sont destinées à éviter la résonance, et à réduire l'amplitude des vibrations, donc également le niveau du 50 bruit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention assortiront plus clairement de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, ainsi- que du dessin annexé dans lequel : , la Pig. 1 est une vue en élévation d'une partie d'un engrenage suivant un mode de réalisfcion de l'invention ; la Pig. 2 est une vue partielle en coupe longitudinale, certaines parties étant représentées en élévation, suivant le ligne 2-2 40 de la Pig. 1 ; " 70 32595 ' 2061608 la Fig. 3 est une vue en coupe analogue à celle de la Fig.2, mais montrant trois autres modes de réalisation d'un engrenage suivant l'invention ; la Fisc. 4 est une vue de détail d'un autre mode de réalisation 5 d'un enpcrena.pre suivant l'invention. Les Fif.l et 2 montrent un engrenage noT^enant un a^bre menant 10 oui. est monté rotatif dans un roulement 11 supoorté dans un carter 1?- L'arbre oorte une rou° menante 14 oui forme une seule pièce avec l'arbre et nui comprend un moveu l6, ur vol-xe 17 et des dents Ie*. La roue menante 1& fait tourner une "oue menée 21, comportant des dents ??, pour transmettre l'entraînement à un arbre mené ?4, La, ou les roues dentées avant un voile important, en l'oc-cur°nce la roue l4„ constitue, en conditions normales, la source 1e" de 1 a m°ieure partie des bruits s r>ar un train d'engrenages. Par conséquent-, suivant l'invention, il prévu d'annlinuer un amortisseur de bruit à la grande ^oue, avant* un voile "important, nlutôt ou'à la netite roue ou pignon niai n° oomnortp ps? un "o1-le important. F-i les deux T>ones dentées ont un vo* 1 e ^nortant, un t-el amortisseur peut str° anrl^nué h toutes les de\ix. Sur la Fig- 1, les r^ues tournant d«n? le sens indinué par la flèche D, la lipne d'act^n forme l'^n^le ^e nression d'engrènement avec la tangente commune aux cercles rvimitifs d® la roue °t du pignon. Le contact d'«ngrènerrient sur les enerrenares droits est linéaire et s'effectue en des points situés le long de la ligne d'action. Sur la Fig. 1, la dent 26 de la roue 1& est au ooint de contact initial avec une dent 27 du pignon 21 et le vecteur T suivant la ligne d'action représente la fcce d'imoact transmise t>ar la roue 14 au pignon 21, tandis fue le vecteur I' r°orésente ' la force d'impact de réaction transmis0 p?r le pignon à la roue. L'amortisseur de bruit se compose d'un ressort annulaire tronconique rigide 31 dont une partie périphérique externe 32 est en contact de friction, sous une précontrainte, avec une face latérale du voile 17 de la roue en un point où est situé un anneau de ventres de vibration oui est très voisin du cercle primitif de la roue. La partie périphérique interne 33 du ressort annulaire tronconique 31 est appliquée contre le dessous 34 de la t-ête 35 d'une vis 36 dont la partie filetée 37 est vissée de façon réglable dans un trou taraudé 3S de la roue 14, afin de maintenir le ressort précontraint dans une mesure déterminée, le ressort 20 pr 30 35 40 3ad original 70 32595 à 2061608 pouvant tourner de telle manière que la force de vibration primaire en un point quelconque de l'anneau des ventres de vibration est transmise à la périphérie externe du ressort par ce dernier, qui agit comme un levier articulé en son centre, et la vibration est ^ transmise diamétralement à travers le ressort, à une zone légèrement plus grande située à l'opposé de l'anneau de ventres de vibration, où est ainsi engendrée une vibration secondaire plus faible, si bien que les vibrations primaire et secondaire se rencontrent à peu près avec la même force, en étant déphasées, ce oui procure ^ une auto-annulation et une diffusion poussées oui empêchent le développement des bruits gênants. La vis 36 avec sa tête constitue le dispositif de support du ressort tronconique 31. L'un des modes de réalisation d'un engrenage suivant l'invention, représenté sur la Fig. 3, comprend un arbre menant 4l qui est monté rotatif au moyen d'un roulement 42 fixé dans un carter 43 et nui fait tourner une roue menante 44, comprenant un moyeu 46, un voile 47 et des dents 48, ces dernières étant en prise avec des dents 49 d'une roue menée 51, faisant tourner un arbre mené 52. L'amortisseur de vibration se compose d'un ressort annulaire tronconique 57 dont la partie périphérique externe 58 est en contact de friction avec la surface du voile 4y de la roue 44 à 1'emplacement^ ù est situé l'anneau de ventres de vibration, ce ressort présentant une partie périphérique inte'rieure 59 qui est "appliquée contre le roulement 42. Après la mise en place du ressort sur l'arbre 4l, 25 ce dernier est poussé vers la droite en vue de précontraindre le ressort 57, puis une bague d'arrêt 54 est disposée dans une rainure de l'arbre 4l pour maintenir celui-ci et la roue 44 en place avec le ressort 57 précomprimé à un degré déterminé entre la roue et le roulement. Pour que le ressort 57 soit précomprimé au degré prévu, cette précompression peut être réglée au moyen d'une cale 56 qui est placée entre le roulement 42 et la bague d'arrêt 54. La cale 56 peut avoir une épaisseur variable ou peut être composée de plusieurs cales,, de sorte que son épaisseur totale soit modifiable. Le ressort 57 a un diamètre intérieur très important et la diffé- 35 rence entre son diamètre intérieur et son diamètre extérieur est inférieure à celle du ressort 31, représenté à la Fig. 2, et il est également monté de façon à pouvoir tourner sur son bord périphérique intérieur, dans sa zone où il est en contact avec le roulement 42. Par conséquent, des forces de déviation provoquant un 40 déplacement du ressort dans un sens, en un point quelconque du 70 32595 5 2061608 bord périphérique extérieur de celui-ci entraînent un mouvement contraire au point ou zone du bord périphérique extérieur qui est situé diamétralement à l'opposé, ce oui se traduit par une répartition et une dissipation analogues de la vibration. Comme ces 5 forces sont transmises suivant une trajectoire qui correspond davantage à un demi-cercle, l'effet de dissipation est amélioré, La Pig. 3 montre également un second mode de réalisation d'un dispositif suivant l'invention. Celui-ci comprend un amortisseur de bruit et de vibration 6l nui est disposé sur. la face d'extrêmi-té de la roue 44. Cet amortisseur 6l comprend un ressort annulaire tronconique 62 dont le bord périphérique externe 64 est en contact de friction avec une face externe du voile de la roue dans la zone où est situé l'anneau de ventres de vibration, près du cercle primitif de la roue 44. Le bord périphérique intérieur 68 du ressort est appliqué contre une bague d'arrêt 69 qui est retenue dans une rainure formée dans un prolongement 70 de l'axe de la roue. Une cale 72 peut être utilisée, si nécessaire, entre la bague d'arrêt et le ressort pour permettre le réglage de la précontrainte du ressort. PO La Pig. 3 montre également un troisième mode de réalisation, dans lequel les deux modes de réalisation décrits ci-dessus relativement à la Pig. 3 sont combinés ; un tel dispositif est utilisé lorsqu'il est nécessaire de réduire au maximum le bruit produit. La Pig. 4 montre un détail d'une variante de réalisation dans laquelle l'anneau de ventres de vibration est situé entre le cercle de tête d'une roue associée et le cercle primitif ou dans lequel cet anneau est situé sur le cercle primitif, la roue 82 étant réalisée plus large que le pignon 84 de sorte que le ressort tronconique 86, qui est semblable à l'un des ressorts 31, 57 ou 62 déjà décrits et qui est monté d'une manière analogue s'appliaue contre la face de la roue 82, sans venir en contact avec le pignon 84. Pendant le fonctionnement de l'engrenage, les contacts initiaux successifs des paires de dents engrénant l'une après l'autre, pour transmettre le couple, provoquent à chaaue fois un choc d'engrènement. Ces chocs se produisent à une fréquence de base qui est proportionnelle au nombre des dents et à la vitesse de la roue, ainsi qu'aux harmoniques de la fréquence de base. Les chocs d'engrènement sont produits par les forces que les dents exercent les unes sur les autres en vue de la transmission du couple. Ces for-40 ces sont théoriquement représentées par un vecteur de force I ou 70 32595 6 2061608 un vecteur de réaction I® qui est tangentie1 au cercle primitif au point de contact initial. Le sens et la grandeur du vecteur de force varient, en raison de différences normales dans la forme des engrenages» Pendant la première partie, ou partie initiale, de 5 l'engrènement de chaque paire de dents, au moment où la force transmise augmente rapidement, la dent de la roue est accélérée et déviée, et il se produit un impact dans la zone de contact linéaire, provoquant des ondes de déflections qui sont transmises à travers le voile de la roue. Lorsque la fréauence de ces déflections ou un 10 harmonique inférieur de cette fréquence est h peu près égale à la fréquence propre ou fréquence de résonance du voile de la roue, celui-ci commence à résonner et le niveau du bruit développé est très important. Suivant l'invention, ces bruits excessifs à une fréquen-15 ce de résonance sont réduits par le montage d'un ressort annulaire tronconique, par exemple d'un ressort Belleville, sur la face latérale du voile de la roue, de sorte aue le bord périphérique extérieur du ressort soit en contact d© friction avec la face latérale du voile dans la zone où est situé l'anneau de ventres de vibration 20 qui est concentrique au cercle primitif et qui est situé sur ce cercle ou à l'intérieur de celui-ci et, eh règle générale, à l'intérieur du cercle-des pieds des dents. L'amplitude des déflections résultant des vibrations produits par les chocs d'engrènement est maximale dans la zone des ventres de vibration. Le dispositif de 25 support est en contact avec une partie centrale du ressort tronconique, de préférence avec son bord périphérique intérieur, et il permet au ressort de tourner, le montage étant tel que le ressort est précontraint dans une mesure déterminée, si bien que des forces de fléchissement déplaçant le ressort dans un sens en un point 50 ou zone quelconque de la périphérie externe du ressort provoquent un déplacement contraire d'une zone importante située diamétralement à l'opposé sur le bord périphérique extérieur, ce qui produit une répartition, une dissipation et une interférence de vibrations, qui réduisent les fléchissements et empêchent la résonance. La rigi-35 dité du ressort est suffisante pour qu'une majeure partie des forces de vibration soit transmise diamétralement en travers du ressort qui, comme représenté à la Fig. 1, est le point de la roue qui est situé à la distance maximale de la source de vibration et l'élasticité du ressort est suffisante pour que la forme, la fré-quence et l'amplitude de la vibration ne soient pas simplement re 70 32595 7 2061608 produites, nais soient changées, diminuées et réparties de manière à provoquer une interférence avec les vibrations initiales, engendrées par les chocs d'engrènement. Les vibrations secondaires, induites par le ressort, sont déphasées par rapport aux vibrations 5 des dents de 1'engrenage, oui provoque une suporession mutuelle des deux vibrations. Corr"«e les vibrations secondaires sont réparties sur une zone i«r Portante, le™ vibrations Qu'elles engendrent sont transmises à neu pré? d-*;? .Té traie ment et de la même façon, de sorte oue l'effet 10 nui. vient d'être ^écr^t se reproduit tout autour de la périphérie du ressort, "v-ovorupnt a in*4 la dis si nation des vibrations. Le "ontaot de frlctîn»-' ressort sur la 7one nérinh»rinue externe de la roue produit une hystérésis oui réduit les fléchissements . La précontrainte du -ressort augmente la fr^nuerce de résolu r.ance, il est de ce fait préférable de choisir une or»contrainte relativement 4"inoftant.e afin d'scrottre oett me fréquence uni nue engendrant un niveau de bruit gênant 25 lie ressort for^e un circuit nour la transfisp1on d'énersie d'un point d'un voile d'une roue dentée oui vibre à sa -fréauence propre, ? une rone opposée, puis h un autre point nue"!connue du voile.La fréquence propre du ressort doit différer considérablement de la fr>P"nonpe propre du voile de la roue, si bien nue les vibra-"50 tions ré-ent^ant par la zone opposée dans le voile exercent des for ces nui s'opposent aux vibrations primaires libres provenant du processus d'cngr^'Rerï'ent. Comme le ress^r1- est nius mince, » une masse olus faible, est en acier à-ressort ^ur et est sous une contrainte axiale nlus élevée nue le voile de la roue dentée oui est ^5 normalement plus épais, présente une masse plus importante, est en acier plus doux et est sous une contrainte axiale plus faible, leurs frénuenoes propres sont très différentes. bad original 70 32595 6 2061608 REVENDICATIONS 1 - Engrenage pour transmission de véhicule automobile du type comprenant une roue dentée ayant un voile mince et des dents, présentant chacune des parties venant en contact avec les dents d'une autre roue dentée en produisant des impulsions ou chocs d'en- 5 grènement formant des ventres de vibration formant un anneau situé Drès des parties des dents venant en contact les unes avec les autres, et un dispositif destiné s diminuer les vibrations dans cette roue dentée, caractérisé en ce au'il comprend un ressort annulaire tronconiaue (31, 57, 6l, 86 ) dont une partie périphé-riaue externe est appliauée de façon continue contre une face latérale de la roue dentée (14,44,82) suivant une zone de contact annulaire oui correspond à peu près à l'anneau de ventres de vibration, et un dispositif de support (36,42,69,70) fixé sur la roue dentée (14,44) et en contact avec une partie du bord périls phérinue intérieur (33,59,68) du ressort de façon à permettre au ressort de tourner sur le dispositif de support, pour permettre la.transmission de vibrations d'un point quelconque de la périphérie externe du ressort à un point diamétralement opposé afin de provoauer par induction une vibration différente, pour dissiper, 20 répartir et/ou produire une vibration perturbatrice, pour diminuer les vibrations de la roue dentée. 2 - Engrenage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de support (36,42,69,70) produit une précontrainte déterminée dudit ressort (31, 57, 6l, 86) cette précontrain-25 te agissant sur la roue dentée (14, 44, 82) de façon à augmenter la fréauence de résonance de cette roue au-dessus de la fréquence des impulsions ou chocs d'engrènement. 3 - Engrenage suivant la revendication 2, caractérisé en ce aue le dispositif de support ( 36, 42, 69, 70) est réglable pour 50 permettre de modifier la précontrainte. 4 - Engrenage suivant 1'une auelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce aue ladite précontrainte agit pour augmenter la fréauence de résonance au-dessus de la gamme des fréouences audibles. 35 5 - Engrenage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce aue les ventres de vibration sont situés radialement à l'intérieur et à proximité du cercle des pieds des dents (l8, 48). 70 32595 2061608 6 - Engrenage suivant l'une quelconaue des revendications 1 à 5, caractérisé en ce nue les dents (l8, 48) de ladite roue dentée sont plus larges aue les dents (22, 49) de la roue dentée associée (21, 51» 84^, la partie périphérioue externe du ressort tronconinue (31, 57, 6l, 86^ étant en contact à frottement avec les faces latérales des dents fl8, 48 ï. bad original