Brevet FR2497314A1 — publié le 19820702

La présente invention a pour objet un amor- tisseur de vibrations mécanique comprenant une première partie solidaire d'une masse entraînée en rotation et une deuxième partie capable de présenter un mouvement relatif de rotation par rapport à ladite première partie, et des moyens absorbants interposés entre lesdites pre- mière et deuxième parties pour communiquer à ladite pre- mière partie un amortissement. On connait différents types d'amortisseurs de vibrations de masses tournantes, notamment des amor- tisseurs de type hydraulique, ou des amortisseurs incorpo- rant une mwitière absorbante de type viscolastiçue. De tels types d'armrtisseurs orésentent toutefcis une structure assez corxlexe, nécessitent la réalisation d'une étanchéité qui réduit la souplesse d'utilisation, ou sont très.snsibles aux variations de teiUérature. Or, dans de nombreux domaines d'application, il est nécessaire de pouvoir disposer d'une suspension d'un rotor qui soit à la fois efficace, facile à mettre en oeuvre et qui ne fasse pas appel à des dispositifs nécessitant la présence de fluide hydraulique. Par exem- ple, lorsque l'on adopte pour un rotor un montage à l'ai- de de paliers électromagnétiques plutôt qu'à l'aide de paliers hydrostatiques, il est avantageux de pouvoir as- socier un ou plusieurs amortisseurs qui ne nécessitent pas non plus d'alimentation en fluide hydraulique et n'introduisent pas de nouveaux problèmes d'étanchéité. La présente invention vise précisément à permettre la réalisation d'amortisseurs mécaniques de vibrations sous une forme simple et efficace qui auto- rise une fabrication aisée à faible coût et un montage rapide dans des conditions d'environnement les plus diverses. Ces buts sont atteints grâce à un amortis- seur du type défini en tête de la description, dans lequel, conformément à l'invention, la première partie de l'amortisseur comprend un carter constitué par au moins un moyeu solidaire de la masse à amortir, et des éléments de liaison radiaux solidaires du moyeu et d'une couronne extérieure coaxiale au moyeu, la seconde partie de l'amortisseur, comprend au moins un support annulaire coaxial au moyeu et relié à celui-ci par l'intermédiaire d'un anneau en matière élastique, et les moyens absor- bants comprennent une première série de disques annulai- res parallèles solidaires de ladite première partie et coaxiaux audit moyeu et une deuxième série de disques annulaires parallèles solidaires de ladite deuxième par- tie et interposés entre les disques de la première série parallèlement et coaxialement à ces derniers. Une telle structure qui comprend exclusive- ment des moyens mécaniques est particulièrement effi- cace et peut être montée facilement sur un rotor, de préférence à une extrémité de celui-ci. Selon une caractéristique particulière de l'invention, les disques annulaires parallèles sont cons- titués par des tôles en acier graissées. De façon avantageuse, les disques annulaires parallèles sont recouverts d'un dépôt de lubrifiant sec ou d'une matière telle que du polytétrafluoroéthylène. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, les disques annulaires parallèles sont es- sentiellement plans et disposés avec un faible jeu per- pendiculairement à l'axe de rotation de la masse tour- nante. Les disques annulaires présentent une épaisseur comprise entre environ 2/lOe et 4/10e de millimètre. Les disques solidaires de la première partie présentent une épaisseur légèrement inférieure à celle des disques solidaires de la deuxième partie. Les empilements des deux séries de disques annulaires en forme de peignes entrecroisés comprennent entre quatre et huit et de préférence entre cinq et sept surfaces de contact entre les éléments solidaires res- pectivement des première et deuxième parties. De préférence, les disques annulaires des deux séries de disques sont appliqués latéralement les uns contre les autres avec une pression de l'ordre de à 20 g/cm D'une manière générale, la masse de la pre- mière partie solidaire de la masse tournante représente environ 1% de cette dernière. iO On doit également réaliser l'ensemble cons- tituant la deuxième partie de l'amortisseur de telle manière qu'il présente une fréquence propre très supé- rieure à la fréquence de rotation la plus élevée de la masse tournante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la des- cription suivante d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé, sur lequel: - la figure l est une vue schématique en coupe axiale d'un exemple d'amortisseur selon l'inven- tion, - la figure 2 est une vue de détail agrandie d'une partie de la figure 3, - la figure 3 est une demi-coupe axiale montrant un exemple d'assemblage de l'amortisseur selon l'invention, et - la figure 4 est un diagramme montrant la raideur d'une suspension d'un rotor avec et sans amor- tisseur, en fonction de la fréquence des perturbations. Si l'on se reporte à la figure 1, on voit un amortisseur 100 disposé à l'extrémité 10 d'un arbre l monté dans un bâti 2, par exemple à l'aide d'un palier 3. Le palier 3 peut d'ailleurs n'être qu'un palier méca- nique de secours dans le cas o l'arbre 1 est suspendu à l'aide de paliers électromagnétiques. L'amortisseur 100 comprend essentiellement une première partie 4 solidaire de l'extrémité 10 de l'arbre 1 et une deuxième partie fixe 7 coaxiale à la première partie 4 mais séparée de celle-ci par un joint torique 6 en caoutchouc, par exemple du type connu sous l'appellation "0 ring", de sorte que la partie intérieu- re 7 peut rester sensiblement immobile tandis que la par- tie extérieure 4 est en rotation avec l'arbre 1. Un cou- vercle d'extrémité 5 fixé par des organes de liaison 8 peut fermer la pièce 4 de sorte qu'il est constitué un boitier tournant qui enferme entièrement la partie intérieure fixe 7. La première partie 4 de l'amortisseur, mobile en rotation, présente un moyeu central 44 monté sur l'ar- bre 1, des bras ou une plaque radiale 43 et une couron- ne extérieure 42. Des disques annulaires 71 sont fixés sur la pièce intérieure 7 tandis que des disques annulaires 41 qui coopèrent avec les disques 71 sont fixés sur la pièce rotative 4. Les différents disques 41, 71 sont centrés sur l'axe de l'amortisseur et s'interpénètrent à la manière de deux peignes enchevêtrés. La figure 2 montre plus en détail la coopé- ration des différents disques qui conduit à la création d'un effet d'amortissement sur le mouvement de l'ensem- ble 4 et par suite sur celui de l'arbre 1. Les disques 41 sont maintenus parallèles entre eux et distants les uns des autres par une pièce 45 fixée au boitier tournant 4 et des moyens de liai- son 46 tels que des boulons. Les disques 41 sont dis- posés dans des plans perpendiculaires à l'axe de rota- tion de l'ensemble. La série de disques 71 est fixée de manière similaire à la partie fixe 7 par l'intermédiaire d'une pièce de support 73 et de moyens de liaison 74, de telle sorte que tous les disques 71 sont perpendiculaires à l'axe de rotation de l'ensemble et que chaque disque 71 est intercalé entre deux disques 41 ou entre un disque 41 et une paroi intérieure du carter 4. Les différents disques 41, 71, sont sensi- blement plans et de faible épaisseur. Les disques fixes 71 servent d'entretoises pour les disques tournants 41 et sont montés avec un faible jeu entre les disques 41, de sorte que par foisonnement des différents disques il se produit un amortissement de la rotation de la par- tie tournante de l'amortissement par suite des frotte- ments visqueux introduits par les contacts entre les disques des séries tournante et libre.Les disques 41 et 71 doivent naturellement être revêtus d'un lubrifiant sec ou d'une matière telle que le polytétrafluoroéthylè- ne afin d'éviter tout échauffement exagéré. De bons résultats sont obtenus avec des disques 41, 71 réalisés à partir de tôles d'acier grais- sées présentant une épaisseur comprise entre 2 et 4 dixièmes de mm et appliquées latéralement les unes con- tre les autres avec une pression de l'ordre de 10 à g/cm2. Par exemple, les disques 41 peuvent présen- ter une épaisseur de 3/10e de mm tandis que les disques 71 formant entretoises peuvent présenter une épaisseur de 3,5/1Qe de mnm. On voit sur la figure 2 cinq surfaces de contact entre les disques 41 et 71 ou entre l'un de ces disques et une paroi d'une pièce de support 4 ou 7. Il est avantageux de prévoir entre quatre et huit surfaces de contact afin de produire un amortissement régulier. La figure 3 montre un exemple d'amortisseur assemblé à l'extrémité d'un rotor 1. Le corps tour- nant 4 de l'amortisseur est monté par sa partie centrale 44 formant moyeu sur l'arbre 1. La face frontale 43 et la couronne périphérique 42 du corps 4 forment avec le disque formant couvercle 5 un boitier fermé à l'inté- rieur duquel est disposé l'ensemble libre 7 de support des disques 71. L'ensemble 7 comprend une gorge annulaire 72 sur sa face cylindrique interne pour recevoir un joint torique 6 par exemple en caoutchouc afin de disso- cier le mouvement des parties 4 et 7. Les disques 41 fixés par des boulons 46 sur le corps 4, et coopérant avec les disques 71 de l'ensemble 7, eux-mêmes fixés par les boulons 74 et une pièce d'assemblage 73 sur le corps de l'ensemble 7, ne sont pas représentés en détail sur la figure 3. Sur la figure 3, les gorges 51, 52 sont pré- vues pour loger des joints d'étanchéité entre le couver- cle 5 et le corps 4. De tels joints ne sont naturelle- ment pas indispensables dans 'La mesure o les disques 41 et 71 sont revêtus d'un lubrifiant sec. L'ensemble 9 correspond à un détecteur de la position du rotor 1. Du fait que l'amortisseur 100 est entièrement solidaire du rotor 1 par son carter 4, ce dernier peut en effet servir de référence pour un détecteur de la position axiale et/ou radiale du rotor. Il est toutefois évident que le détecteur 9 ne participe pas à l'amortissement du rotor. La figure 4 permet de mieux comprendre l'in- térêt d'un amortisseur du type selon l'invention dans un système de suspension électromagnétique. La courbe 11, 12, 13, 14 de la figure 4 re- présente le gain d'une boucle d'asservissement du cou- rant de paliers électromagnétiques supportant un arbre tel que l'arbre 1, non équipé d'amortisseurs, en fonc- tion de la fréquence. La fonction de transfert 11, 12, 13, 14 représentée en coordonnées asymptotiques montre notam- ment que, de façon classique, dans la portion 12 voisine de la fréquence propre fo de la suspension, le gain est augmenté par une avance de phase. Si l'on considère une masse de rotor non amortie suffisamment, pour une fré- quence inférieure à la fréquence de résonance fr' la courbe de la raideur est représentée par la ligne 17, tandis que pour une fréquence supérieure à la fréquence de résonance fr, la courbe de la raideur est représentée par la ligne 18. La ligne résultante 19, 20 montre alors qu'il y a risque d'instabilité lorsque cette ligne coupe la courbe de gain 13. On ne peut remédier électriquement à cela qu'en prolongeant l'avance de phase au-delà de fr mais ceci conduit à augmenter le gain (courbe 16) et donc à dépenser de l'énergie supplémentaire, ou en met- tant en oeuvre un filtre double T, qui donne une courbe de gain résultante 15, en foroe de crevasse, irais ceci implique des réglages swppléitentaires. C'est pourqoxi, dans ce cas, il est avantageux d'adjoindre au rotor des moyens d'amortisse- ment mécaniques stabilisateurs qui permettent de remédier aux inconvénients précités, tout en permettant, avec des amortisseurs du type décrit dans la présente demande, de conserver les avantages des suspensions de type élec- tromagnétique. On notera que les moyens d'amortissement mé- caniques stabilisateurs selon l'invention, qui sont cons- titués par un ensemble en forme de cloche fermée, fixée sur le rotor et pouvant être hermétique, autorisent un fonctionnement notamment en atmosphère corrosive. L'ab- sence de liaison mécanique à un support fixé au sol, et donc la production d'un amortissement par des éléments dont la position est définie exclusivement par rapport à un repère lié au rotor, confèrent à l'amortisseur décrit ci-dessus une grande souplesse d'utilisation. La masse 7, dite libre, est centrée par rapport au moyeu du corps 4 lié au rotor au moyen de l'anneau élastique 6 et présente un mouvement dissocié de celui du corps 4 pour pouvoir réaliser l'amortisse- ment désiré grâce au frottement visqueux produit entre les différents disques 41 et 71. D'une manière générale, la masse 7 reste maintenue dans une position définie par rapport au corps 4 solidaire du rotor grâce à au moins un élément de liaison formant ressort. Pour que le sys- tème fonctionne correctement, il est toutefois nécessaire que la fréquence propre de l'ensemble 7 reste toujours très supérieure à la fréquence de rotation la plus éle- vée de la masse tournante. Dans ces conditions, l'amor- tisseur peut être considéré comme ne présentant pas de raideur. 24973 14 REVENDICATIONS 1.- Amortisseur de vibrations mécanique comprenant une première partie (4) solidaire d'une mas- se entraînée en rotation et une deuxième partie (7) ca- pable de présenter un mouvement relatif de rotation par rapport à ladite première partie, et des moyens absor- bants interposés entre lesdites première et deuxième parties pour communiquer à ladite première partie un amortissement, caractérisé en ce que la première partie (4) comprend un carter constitué par au moins un moyeu (44) solidaire de la masse à amortir (1), et des élé- ments de liaison radiaux (43) solidaires du moyeu (44) et d'une couronne extérieure (42) coaxiale au moyeu, en ce que la seconde partie (7) comprend au moins un sup- port annulaire coaxial au moyeu (44) et relié à celui- ci par l'intermédiaire d'un anneau en matière élastique (6), et, en ce que les moyens absorbants ccmrnrennent une première série de disques annulaires parallèles (41) so- lidaires de ladite première partie et coaxiaux audit moyeu et une deuxième série de disques annulaires paral- lèles (71) solidaires de ladite deuxième partie et in- terposés entre les disques de la première série parallè- lement et coaxialement à ces derniers. 2.- Amortisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les disques annulaires parallèles (41,71) sont constitués par des tôles en acier graissées. 3.- Amortisseur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les disques annulaires parallèles (41,71) sont recouverts d'un dé- pôt de lubrifiant sec ou d'une matière telle que du polytétrafluoroéthylène. 4.- Amortisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les disques annulaires parallèles (41,71) sont essentiellement plans et disposés avec un faible jeu perpendiculairement à l'axe de rotation de la masse tournante. 5.- Amortisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les disques annulaires (41,71) présentent une épaisseur comprise entre environ 2/10e et 4/10le de millimètre. 6.- Amortisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les disques (41) solidaires de la première partie présentent une épaisseur légèrement inférieure à celle des disques (71) solidaires de la deuxième partie. 7.- Amortisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les empile- ments des deux séries de disques annulaires en forme de peignes entrecroisés comprennent entre quatre et huit et de préférence entre cinq et sept surfaces de contact entre les éléments (41,71) solidaires respectivement des première et deuxième parties. 8.- JAmortisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les disques annulaires (41,71) des deux séries de disques sont appli- qués latéralement les uns contre les autres avec une pres- sion de l'ordre de 10 à 20 g/cm2. 9.- Amortisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la masse de la première partie (4) solidaire de la masse tournante représente environ 1% de cette dernière. 10.- Amortisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la deuxième partie (7) présente une fréquence propre très supérieure à la fréquence de rotation la plus élevée de la masse tournante. 11.- Amortisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est appli- qué à l'amortissement d'une masse tournante montée sur une suspension de type électromagnétique.