Brevet FR2461166A1 — publié le 19810130

La présente invention concerne les amortisseurs de vibrations de torsion du type qui comporte un moyeu fixé à un organe d'inertie extérieur par un organe an- nulaire en matière élastomère. L'invention est d'une utilisation particulière- ment avantageuse pour l'amortissement des vibrations de torsion dans les moteurs à combustion interne. De tels amortisseurs sont, dans l'ensemble, classés actuellement dans la classe 74, sous-classe 574, de la classification établie par l'Office des brevets des EUA. Les vibrations de torsion peuvent être considérées comme étant des tor- sions d'avant en arrière et vice-versa du vilebrequin d'un moteur à combustion interne, superposées à la rota- tion unidirectionnelle principale du vilebrequin. A moins qu'elles ne soient limitées, de telles vibrations de torsion entraînent souvent la rupture du vilebrequin tout en contribuant à provoquer des défaillances d'autres pièces du moteur ou de son circuit de refroidissement, en particulier dans le cas o l'un des modes de fréquence de résonance du vilebrequin coïncide avec la fréquence d'allumage particulière du moteur ou avec une harmonique particulière de cette fréquence. Selon la théorie ac- tuelle des amortisseurs de vibrations en matière élasto- mère, l'énergie des vibrations de torsion transmise au vilebrequin par l'action des pistons est convertie en chaleur dans la matière élastomère. On peut, par consé- quent, considérer que la matière élastomère constitue un accumulateur ou récepteur qui reçoit continuellement une partie de l'énergie qui provoque les vibrations de torsion. Une forme courante d'un tel dispositif amortis- seur comprend un organe extérieur ou organe d'inertie constitué par une bague ou anneau ayant une masse rela- tivement importante. La partie intérieure de cet anneau est fixée à un anneau en matière élastomère qui est, à son tour, fixé à un moyeu ou autre élément, lequel est, à son tour, fixé au vilebrequin rotatif d'un moteur. Le moyeu et l'organe d'inertie peuvent être tous deux en fonte. Lorsque le vilebrequin tourne, chaque application incrémentielle de couple, telle que celle produite par la combustion rapide de carburant dans un cylindre, pro- voque une légère accélération dans le métal qui est dis- posé adjacent au bras de manivelle. Lorsque le métal reprend sa forme par suite de sa souplesse ou élasticité naturelle, il tourne légèrement dans le sens opposé. De telles forces produisent des vibrations de torsion dans le vilebrequin. Dans un exemple caractéristique de vi- brations de torsion, un vilebrequin de moteur tournant à une vitesse de 3000 tr/mn a effectué simultanément des vibrations angulaires d'une amplitude allant d'un quart de degré à un degré à une fréquence allant de 150 à 250 Hz. L'objet d'un amortisseur de vibrations de tor- sion est de réduire l'amplitude des vibrations de torsion. Une telle réduction diminue les besoins de résistance du vilebrequin et permet, par conséquent, de réduire le poids du vilebrequin. L'amortisseur a un effet direct sur le vilebrequin et il empoche également d'autres élé- ments de moteur à combustion interne, qui sont directement influencés par les vibrations du vilebrequin, de vibrer. Lorsqu'on fait fonctionner un moteur à combus- tion interne à diverses vitesses du moteur, plusieurs fré- quences de vibrations apparaissent dans le vilebrequin. En général, la plupart des moteurs d'automobile et des moteurs diesel de conception moderne qui n'utilisent pas d'amortisseur de vibrations de torsion ont une seule fré- quence de résonance d'amplitude relativement élevée à l'intérieur de la gamme de vitesses de fonctionnement du moteur. Cependant, à une vitesse donnée quelconque du moteur, il existe des vibrations de torsion provenant de divers ordres de vibrations et ces vibrations peuvent être importantes. 2461 166 Il est également connu dans cette technique d'u- tiliser, en plus de l'amortissement au moyen d'une ma- tière élastomère, un liquide visqueux pour amortir les vibrations de torsion. Typiquement, le liquide visqueux est contenu dans une chambre annulaire ou d'une autre forme formée dans l'anneau ou organe d'inertie. Les torsions d'avant en arrière et vice-versa du vilebre- quin, c'est-à-dire les vibrations de torsion, provoquent des turbulences dans le liquide visqueux. Ces turbulen- ces selon la théorie actuelle, sont converties en chaleur à l'intérieur du liquide visqueux. Ainsi, le liquide fonc- tionne de la même manière que l'élastomère pour atténuer les vibrations de torsion. Il est également connu dans cette technique de combiner l'amortissement par élasto- mère et l'amortissement par liquide visqueux, dans un certain nombre de constructions, pour réaliser un uni- que amortisseur de vibrations de torsion. La présente invention concerne un perfectionne- ment apporté à la construction représentée dans le brevet des EUA n0 3. 440.899 au nom de McGavern. Dans cette construction, l'amortissement par élastomère et l'amortis- sement par fluide visqueux sont tous deux employés. Cette action double est obtenue en formant une série de cavités remplies de liquide de cisaillement (appelée une première série pour des raisons qui apparaîtront rapidement) dans l'organe en matière élastomère. Le perfectionnement de la présente invention consiste à utiliser une seconde série de cavités remplies de liquide de cisaillement, cette seconde série étant formée dans l'anneau d'inertie à une interface de cet anneau et de l'organe en matière élas- tomère. Dans un mode de réalisation, chaque cavité indi- viduelle de la seconde série de cavités est alignée avec une cavité correspondante de la première série de cavités. De cette manière, le volume de liquide de cisaillement est accru (ce qui accroit l'effet d'amortissement) tandis que la même surface d'interface est maintenue entre l'or- gane en matière élastomère et l'anneau d'inertie. Dans un autre mode de réalisation, les cavités individuelles de la seconde série de cavités ne sont pas alignées avec celles de la première série de cavités mais elles sont cependant également situées dans l'anneau d'inertie à une interface de cet anneau et de l'organe en matière élastomère. D'autres caractéristiques de l'invention appa- raîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en demi-coupe axiale longitudinale représentant la partie supérieure d'un amortisseur de vibrations de torsion de la présente in- vention; la figure 2 est-une vue similaire à celle de la figure 1 et qui représente un autre mode de r'éalisation; la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1 et qui représente encore un autre mode de réa- lisation; la figure 4 est une vue partielle similaire à celle de la figure 1 et qui représente une variante de ce mode de réalisation; et la figure 5 est une vue partielle similaire à celle de la figure 2 et qui représente une variante de ce mode de réalisation. Sur la figure 1 à laquelle on se référera main- tenant, la référence 10 désigne un amortisseur de vibrations de torsion du type général représenté dais le brevet des EUA nO 3.440.899 au nom de McGavern dont le contenu doit être considéré comme incorporé à la présente description par la référence qui y est faite ici. L'anneau d'inertie est en deux parties dont une a été désignée par la réfé- rence 12 et dont l'autre a été désignée par la référence 14. La référence 16 désigne un moyeu ayant la forme gé- nérale d'un disque qui est représenté ici comme constitué par une joue ou voile qui a une épaisseur approximativement uniforme et qui comporte une partie extérieure 17 s'éten- dant radialement, une partie intermédiaire 18 s'étendant axialement et une partie intérieure 19 s'étendant radiale- ment. Le moyeu 16 est conçu pour être accouplé au vile- brequin d'un moteur à combustion interne et être entraîné en rotation autour de l'axe 20 du vilebrequin. Les moyens utilisés pour fixer le moyeu au vilebrequin sont bien connus et, pour cette raison, on ne les a pas représentés. La référence 24 désigne un organe annulaire continu en matière élastomère positionné entre les parties intérieu- res de l'anneau d'inertie en deux parties et la partie ex- térieure du moyeu 16, l'organe en matière élastomère s'é- tendant complètement autour de la périphérie des parties 17 et 18 du moyeu 16. De la manière habituelle, une liaison adhésive existe aux deux interfaces, respective- ment de la matière élastomère et du moyeu et de la matière élastomère et de l'anneau d'inertie de sorte que la ma- tière élastomère est collée à la fois à l'anneau d'iner- tie et au moyeu. De même et d'une manière également clas- sique, la matière élastomère est maintenue sous compres- sion, c'est-à-dire qu'elle est déformée sous l'action de la compression appliquée à ses faces par les parties 12 et 14 de l'anneau d'inertie. La référence 26 désigne l'une quelconque d'une série d'ouvertures ou orifices tra- versants formés dans la matière élastomère 24 en des em- placements angulairement espacés les uns des autres. Les ouvertures 26 sont formées tout autour de la circonférence de l'amortisseur et elles sont également radialement es- pacées les unes des autres. Ces ouvertures sont remplies d'un liquide de cisaillement visqueux et elles sont, par conséquent, entièrement similaires aux ouvertures traver- santes 27 représentées sur la figure 2 du brevet McGavern précité. Les ouvertures ou orifices traversants 26 peu- vent être considérés comme constituant une première série de cavités qui contiennent du silicone ou autre liquide de cisaillement ayant une forte viscosité. Selon les enseignements de la présente inven- tion, une seconde série de cavités contenant un liquide de cisaillement sert également à produire un amortisse- ment par un liquide. Les cavités individuelles de cette seconde série de cavités ont été désignées par la réfé- rence 30 et elles sont formées dans des parties de l'an- neau d'inertie 12, 14 situées à l'interface de l'anneau d'inertie 12, 14 et de l'élastomère. Dans le mode de réalisation de l'invention qui a été représenté sur la figure 1, les cavités 30 sont alignées avec les cavités 26 de sorte que, pour chaque cavité 26, il existe une cavité 30 correspondante. Le lecteur est maintenant en mesure de comprendre que les cavités supplémentaires servent à accroître utilement le volume total du li- quide de cisaillement contenu dans l'amortisseur 10 de vibrations de torsion sans réduire la surface de l'inter- face de l'élastomère 24 et de l'anneau d'inertie 12, 14. Toute diminution de l'interface aurait pour effet d'ac- croitre les efforts de cisaillement au niveau de l'inter- face et de tels efforts de cisaillement accrus sont, d'une manière générale, indésirables. Il apparait égale- ment que l'on a ainsi accru le volume de liquide de ci- saillement sans réduire le volume de l'élastomère 24. En règle générale, il est désirable de maintenir un volume maximal d'élastomère dans un amortisseur de vibrations de torsion à élastomère afin de réduire, de ce fait, les efforts de cisaillement par unité de volume. La manière suivant laquelle on assemble les éléments, tels que les parties 12, 14 de l'anneau d'inertie, de même que la ma- nière suivant laquelle on place le liquide visqueux dans les cavités sont bien connues dans la technique et il n'est par conséquent pas nécessaire de les décrire. Sur la figure 2 à laquelle on se référera main- tenant, on a représenté un autre mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, l'anneau d'i- nertie est en deux parties 40, 42 et le moyeu est cons- titué par une joue ou voile 44 s'étendant radialement qui comporte une partie 46 s'étendant axialement à sa périphé- rie radialement extérieure. La référence 24a désigne un organe en matière élastomère s'étendant de manière conti- nue autour d'un cercle qui est similaire à l'organe 24 du mode de réalisation de la figure 1 et qui comporte une partie radialement extérieure 48 s'étendant axialement qui entoure la partie extérieure 46 s'étendant axialement du moyeu. La référence 27 désigne l'une quelconque des cavités d'une série de cavités angulairement espacées les unes des autres formées dans les surfaces extérieures de l'organe 24a en matière élastomère. Ces cavités consti- tuent une première série de cavités qui sont formées tout autour de l'amortisseur. La référence 30a désigne l'une quelconque des cavités d'une seconde série de cavités, lesquelles sont formées dans l'anneau d'inertie 40, 42 et sont complètement similaires aux cavités 30 du mode de réalisation de la figure 1. Elles sont également for- mées tout autour de la circonférence de l'amortisseur. Le lecteur notera que chacune des cavités 27 formées dans l'organe 24a en matière élastomère est alignée avec une cavité 30a respective de l'anneau d'inertie 40, 42. Le procédé d'assemblage des éléments de l'amortisseur re- présenté sur la figure 2 est également connu dans la technique. La liaison adhésive, mentionnée ci-dessus, de l'interface élastomère-moyeu et de l'interface élastomère- anneau d'inertie existe dans les régions s'étendant axia- lement de l'amortisseur, c'est-à-dire dans la région de la partie 18 du moyeu de l'amortisseur de la figure 1 et dans la région de la partie 46 du moyeu de l'amortisseur de la figure 2. Ceci permet un mouvement de coulissement relatif de ces interfaces dans les régions s'étendant ra- dialement de l'amortisseur, c'est-à-dire dans la région de la partie 17 du moyeu 'de l'amortisseur de la figure 1 et dans la région de la partie 44 du moyeu de l'amortisseur de la figure 2. Sur la figure 4 à laquelle on se référera mainte- nant, ona représenté une variante du mode de réalisation de la figure 1. Dans cette variante, les cavités sup- plémentaires, désignées par la référence 26a, au lieu d'ê- tre formées dans l'anneau d'inertie 12, 14, comme dans le mode de réalisation de la figure 1, sont formées dans la partie extérieure s'étendant radialement du moyeu 16. La figure 5 représente une variante similaire du mode de réa- lisation de la figure 2. La référence 30b désigne les ca- vités supplémentaires qui sont alors formées dans la par- tie s'étendant radialement du moyeu 44. Les cavités 27 formées dans l'organe en matière élastomère sont alors disposées à l'interface moyeu-élastomère, comme repré- senté sur la figure 5. Sur la figure 3 à laquelle on se référera main- tenant, on a représenté un autre mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, l'anneau d'iner- tie, désigné par la référence générale 50, a la forme gé- nérale d'un U, ce U étant disposé de côté et l'une de ses branches, la branche radialement extérieure, étant plus é- paisse que son autre branche. La référence 52 désigne un moyeu s'étendant radialement qui comporte une partie 54 s'étendant axialement d'étendue annulaire continue. Le moyeu est fixé paf des moyens classiques au vilebre- quin d'un moteur à combustion interne et tourne autour de l'axe de rotation 20 du vilebrequin. La référence 56 dé- signe un organe en matière élastomère de forme générale en U, en section transversale, disposé de côté. Le lecteur comprendra que, dans ce cas également, l'organe en ma- tière élastomère a une forme annulaire ou circulaire con- tinue. La référence 60 désigne l'une quelconque des cavités d'une série de cavités angulairement espacées et radialement espacées formées dans l'anneau d'inertie à l'interface anneau d'inertie-élastomère qui s'é- tend radialement. Les cavités 60 contiennent un liquide d'amortissement visqueux, tel qu'un liquide à base de silicone. Le côté droit de l'amortisseur, tel que re- présenté sur la figure 3, est orienté vers le moteur et, ainsi, le ventilateur de refroidissement du radiateur habituellement utilisé est situé à gauche, de l'amortis- seur. Du fait de la configuration de l'anneau d'iner- tie 50, la partie d'anse de l'anneau d'inertie en forme de U (vue suivant la coupe axiale et longitudinale repré- sentée) est dirigée vers le ventilateur (non représenté) de refroidissement du radiateur et, par conséquent, l'or- gane 56 en matière élastomère jouit d'un degré important de protection contre les produits abrasifs qui peuvent être projetés en direction de l'amortisseur de vibrations de torsion par le ventilateur de refroidissement du mo- teur. Cette caractéristique est particulièrement effi- cace dans un milieu sablonneux, lorsque l'amortisseur est employé dans un tracteur agricole. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, les cavités qui contiennent un liquide d'amor- tissement visqueux sont formées dans une surface de l'anneau d'inertie. Aucune cavité n'est formée ni dans l'élastomère ni dans le moyeu. REVENDICATIONS 1) Amortisseur de vibrations de torsion du type comportant un moyeu, un anneau d'inertie et un organe en matière élastomère accouplant l'anneau d'inertie au moyeu, le moyeu étant conçu pour être accouplé au vilebrequin d'un moteur à combustion interne, l'organe en matière élastomère étant positionné entre une partie du moyeu et une partie de l'anneau d'inertie et les sépa- rant de ce fait l'un de l'autre tout en les accouplant en rotation, une première série de cavités étant formée dans l'organe en matière élastomère au niveau d'une partie de surface de cet organe, ces cavités étant rem- plies d'un liquide de cisaillement visqueux, cet amor- tisseur étant caractérisé en ce qu'il comporte une se- conde série de cavités (30; 30a) les cavités de cette seconde série de cavités étant également remplies d'un liquide de cisaillement visqueux, cette seconde série de cavités étant formée dans l'anneau d'inertie (12, 14; , 42) et disposée à une interface anneau d'inertie-élas- tomère (24, 24a) de telle sorte que le volume total de liquide visqueux contenu dans l'amortisseur est accru du volume de la seconde série de cavités. 2) Amortisseur de vibrations de torsion selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque cavité (30; 30a) de la seconde série de cavités est alignée avec une cavité correspondante (26; 27) de la première série de cavités de sorte que le volume total de liquide de ci- saillement contenu dans l'amortisseur est accru sans que la surface de l'interface entre l'organe en matière élas- tomère (24; 24a) et l'anneau d'inertie (12, 14; 40, 42) soit diminuée. 3) Amortisseur de vibrations de torsion selon la revendication 2, caractérisé en ce que les cavités (26) de la première série de cavités traversent complètement l'organe (24) en matière élastomère de façon ainsi à for- mer des ouvertures traversantes dans l'organe en matière élastomère. 4) Amortisseur de vibrations de torsion selon la revendication 2, caractérisé en ce que les cavités (27) de la première série de cavités ont une profondeur in- férieure à l'épaisseur de l'organe (48) en matière élas- tomère. ) Amortisseur de vibrations de torsion selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'aucune des cavités de la seconde série de cavités n'est alignée avec l'une quelconque des cavités de la première série de cavités. 6) Amortisseur de vibrations de torsion du type comportant un élément formant moyeu, un élément formant anneau d'inertie et un organe en matière élastomère ac- couplant l'anneau d'inertie au moyeu, le moyeu étant con- çu pour être accouplé au vilebrequin d'un moteur à com- bustion interne, l'organe en matière élastomère étant positionné entre une partie du moyeu et une partie de l'anneau d'inertie et les séparant de ce fait l'un de l'autre tout en les accouplant en rotation, une premiè- re série de cavités étant formée dans l'organe en ma- tière élastomère au niveau d'une partie de surface de cet organe, ces cavités étant remplies d'un liquide de cisaillement visqueux, cet amortisseur étant caractéri- sé en ce qu'il comporte une seconde série de cavités (30; 30a), les cavités de cette seconde série de cavi- tés étant également remplies d'un liquide de cisaillement visqueux, cette seconde série de cavités étant formée dans un premier des éléments qui forment respectivement un moyeu (16; 44) et un anneau d'inertie (12, 14; 40, 42) et étant disposée à l'interface de l'organe (24, 24a) en matière élastomère avec ledit premier élément formant moyeu ou anneau d'inertie de telle sorte que le volume total de liquide visqueux contenu dans l'amortisseur est accru du volume de la seconde série de cavités. 7) Amortisseur de vibrations de torsion selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque cavité (30; 30a; 30b; 26a) dé la seconde série de cavités est alignée avec une cavité correspondante (26; 27) de la première série de cavités de sorte que le volume total de liquide de cisaillement contenu dans l'amortisseur est accru sans que la surface de l'interface entre l'organe en matière élastomère (24; 24a) et-l'anneau d'inertie (12, 14; 40, 42) soit diminuée. 8) Amortisseur de vibrations de torsion selon la revendication 7, caractérisé en ce que les cavités (26) de la première série de cavités traversent complètement l'organe (24) en matière élastomère de façon ainsi à former des ouvertures traversantes dans l'organe en ma- tière élastomère. 9) Amortisseur de vibrations de torsion selon la revendication 7, caractérisé en ce que les cavités (27) de la première série de cavités ont une profondeur infé- rieure à l'épaisseur de l'organe (48) en matière élas- tomère. ) Amortisseur de vibrations de torsion selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'aucune des cavités de la seconde série de cavités n'est alignée avec l'une quelconque des cavités de la première série de cavités. 11) Amortisseur de vibrations de torsion du type comportant un élément formant moyeu, un élément formant anneau d'inertie et un organe en matière élastomère ac- couplant l'anneau d'inertie au moyeu, le moyeu étant con- çu pour être accouplé au vilebrequin d'un moteur à-com- bustion interne, l'organe en matière élastomère étant positionné entre une partie du moyeu et une partie de l'anneau d'inertie et les séparant de ce fait l'un de l'autre tout en les accouplant en rotation, cet amor- tisseur étant caractérisé en ce qu'il comporte une sé- rie de cavités (60) formées dans l'anneau d'inertie (50), ces cavités étant remplies d'un liquide de cisaillement visqueux, ces cavités étant formées à une interface an- neau d'inertie-organe (56) en matière élastomère de telle sorte que l'amortisseur peut contenir un liquide visqueux sans que le volume de la matière élastomère soit réduit de ce fait.