Brevet FR2525768A1 — publié le 19831028

L'invention concerne d'une manière générale un procédé d'équilibrage d'organes mécaniques,-et plus particulièrement un procédé d'équilibrage d'organes méca- niques tournants tels que des organes de transmissions de véhicules. En général, il est souvent avantageux d'équilibrer des organes choisis d'un mécanisme afin de réduire leur vibration dans le mécanisme en fonctionnement Ceci est particulièrement vrai dans le cas d'organes rotatifs tels que les rotors ou des arbres de transmission. On a proposé un certain nombre de procédés et de dispositifs pour équilibrer des organes mécaniques Par exemple, certains dispositifs appliquent une matière liquide d'équilibrage, se solidifiant rapidement, sur un organe mécanique tel qu'un rotor Le liquide d'équilibrage peut être un métal en fusion, une résine, un adhésif ou une matière plastique Un autre dispositif d'équilibrage utilise une matière d'équilibrage fondue ou solide, qui est pro- jetée à une vitesse relativement élevée sur un rotor Un autre appareil d'équilibrage utilise une matière qui se présente initialement sous la forme d'une tige de plomb ou de matière plastique qui est ensuite liquéfiée et appliquée à l'état fondu sur la surface d'un rotor. Un procédé souvent utilisé pour l'équilibrage d'organes de transmission de véhicules, consiste à souder des masselottes d'équilibrage en des points choisis le long du tube formant l'arbre de transmission Cependant, bien qu'un tel procédé permette la fixation d'un poids relativement important sur l'arbre de transmission, l'opé- ration de soudage provoque des variations de la micro- structure du métal dans des zones très localisées Ces zones peuvent être le siège de concentrations de contraintes et peuvent avoir un effet nuisible sur la durée de vie de service de l'arbre de transmission Les variations de la microstructure du métal résultant de l'opération de soudage sont particulièrement nuisibles dans les cas o l'arbre de transmission est réalisé en aluminium. L'invention concerne un procédé d'équilibrage d'un organe mécanique tel que, par exemple, un arbre de transmission de véhicule La matière d'équilibrage utilisée dans le procédé de l'invention comprend fondamentalement un support constitué d'un polymère, dans lequel sont dispersées des particules d'une matière ayant une densité supérieure à celle du polymère Dans les formes préférées de réalisation de l'invention, la matière d'équilibrage comprend des particules de métal telles que de la grenaille d'acier ou de plomb, dispersées dans un support constitué d'un polymère tel qu'une composition adhésive contenant une résine thermoplastique ou thermodurcissable pouvant être, par exemple, une résine époxy, une résine vinylique, une résine phénolformalddhyde, un copolymère acrylonitrile- butadiène-styrène ou autre Bien quielle puisse être appliquée sur des organes très divers, la matière d'équi- librage est particulièrement avantageuse pour l'équilibrage d'organes mécaniques réalisés en aluminium, car aucune opération de soudage n'est nécessaire. Le procédé selon l'invention utilise au moins trois formes de matière d'équilibrage Dans la première forme, la matière est liquide et constituée d'une disper- sion de particules de métal dans un polymère liquide et durcissable de support, par exemple une résine époxy. Lors de l'utilisation, une quantité prédéterminée de la matière liquide d'équilibrage, après l'addition d'un durcisseur, si cela est nécessaire, est appliquée sur des emplacements choisis de l'arbre de transmission et le poly- mère de support est durci Bien qu'un polymère époxydique liquide puisse durcir dans des conditions ambiantes, il est souhaitable d'utiliser de la chaleur, par exemple au moyen d'une source de rayons ultraviolets ou d'un appa- reil d'induction, pour accroître la vitesse de durcisse- ment et, de façon correspondante, la vitesse à laquelle la matière d'équilibrage peut être appliquée. Une seconde forme de matière d'équilibrage est un mélange de polymère en poudre de support tel qu'une résine phénolformaldéhyde, et de particules de métal Le mélange peut être appliqué sur un arbre de transmission qui a été porté à une température relativement basse, par exemple 1500 C, à laquelle le polymère de support durcit, ou bien il peut être appliqué sur et maintenu en contact avec l'arbre de transmission, puis chauffé, par exemple au moyen d'un dispositif de chauffage par induction, afin de durcir sur l'arbre de transmission. La troisième forme de la matière d'équilibrage comprend des particules de métal qui sont enrobées séparé- ment d'un polymère de support Les particules métalliques enrobées, lorsque le support est thermodurcissable, peuvent être appliquées sur et maintenues en contact avec l'arbre de transmission en même temps que de la chaleur est appliquée, par exemple au moyen d'un dispositif de chauffage par induction, afin de faire durcir le support dans lequel les particules sont réparties, sur la surface de l'arbre de transmission Si le support est thermoplastique, de la chaleur peut être appliquée afin de le faire ramollir, puis on peut laisser refroidir le support pour qu'il se solidifie de nouveau sur la surface de l'arbre de transmission. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 est une coupe schématique d'un appareil destiné à appliquer une matière d'équilibrage selon l'invention sur un organe rotatif; et la figure 2 est une coupe transversale par- tielle à échelle agrandie de l'organe rotatif de la figure 1, montrant la matière d'équilibrage adhérant à la surface extérieure de l'organe. La figure 1 représente schématiquement un appa- reil 10 destiné à appliquer urne matière 12 d'équilibrage selon l'invention sur un organe rotatif tel qu'un arbre 14 de transmission Bien que cela ne soit pas représenté sur le dessin, l'appareil 10 d'équilibrage peut comporter des moyens destinés à supporter et faire tourner l'arbre 14 de transmission autour de son axe lonaitudinal L'appareil d'équilibrage 10 comprend également un réservoir 16 de matière destiné à contenir une réserve de matière 12 d'équilibrage Le réservoir 16 présente une sortie infé- rieure 18 qui dirige la composition d'équilibrage vers un canal intérieur 20 formé dans un tube 22 de dosage. Une tige allongée 24 de dosage est montée de façon à pou- voir se déplacer axialement et sélectivement à l'intérieur du canal 20 de d In-age pour commander l'application de la matière 12 d'écu irage sur l'arbre 14 de transmission an faisant passer 'a matière Dar une sortie 26 L'extré- mité du tube 22 de doiage adjacente à la sortie 26 est configurée de façon forme e l'arbre 14 de trans- mission, un moule sphériwue di-i' % Comme décrit ci- après, le moule 28 peut être uti po-ur maintenir la matière d'équilibrage sur la -ur e xtérieure de l'arbre 14 de transmission pendant 1 urciment de la matière. L'appareil 10 d'pquúlbrage eut comporter en outre un détecteur â O de vibratio'n ui est monté de façon à détecter la vibration de l'arbre tournant 14 de trans- mission de fa-on à déterminer les positions choisies pour l'application de la matière 12 d'équilibrage La liaison entre l'arbre 14 de transmission et le détecteur 30 de vibration est représentée sur la figure 1 par le trait pointillé 32 Le détecteur 30 de vibration produit un 2 Z signal représentant l'amplitude de la vibration détectée sur une ligne 34 aboutissant à un dispositif 36 de commande de la tige de dosage Le discositil 36 de commande utilise ce signal pour déterminer la quantité de matière 12 d'équilibrage devant être appliquée sur la surface exté- rieure de l'arbre 14 de transmission Le dispositif 36 de commande est accouplé mécaniquement à la tige 24 de dosage afin d'en commander le mouvement axial à l'intérieur du tube 22 de dosage Cet accouplement mécanique est représenté sur la figure 1 par une ligne pointillée 38. Lorsque l'on souhaite appliquer une quantité prédéterminée de matière d'équilibrage sur l'arbre de transmission, le dispositif 36 de commande rétracte l'extrémité de latige 24. au-delà de la sortie 18 pour permettre l'écoulement d'une quantité choisie de matière dans le canal 20 Ensuite, la tige 24 est avancée pour introduire à force la matière 12 dans le moule 28 et l'appliquer en contact avec l'arbre 14 de transmission Bien que cela ne soit pas représenté sur le dessin, des moyens sont prévus pour orienter auto- matiquement l'arbre 14 de transmission afin qu'il reçoive la matière d'équilibrage dans les emplacements choisis. Bien que la matière 12 d'équilibrage selon l'in- vention puisse utiliser un polymère de support qui durcit sur la surface de l'arbre 14 de transmission dans les conditions ambiantes, il est préférable d'utiliser de la chaleur pour augmenter la vitesse de durcissement de la matière Un exemple d'un type de source de chaleur est montré sur la figure 1 sous la forme d'un anneau chauffant qui entoure le moule 28 à la sortie du tube 22 de dosage afin de produire un échauffement par induction. L'anneau chauffant 40 est relié à un dispositif 42 de commande de chauffage par induction au moyen d'une ligne 44 Le dispositif 42 de commande de chauffage peut comman- der l'application d'énergie à l'anneau 40 afin de régler la vitesse de durcissement de la matière sur l'arbre 14 de transmission. Un autre exemple d'une source d'énergie pouvant être utilisée est montré sur la figure 1 sous la forme d'une lampe 46 à rayons ultraviolets, placée à proximité de la surface extérieure de l'arbre 14 de transmission et reliée à un dispositif 48 de commande de cette lampe. Après que la matière d'équilibrage a été appliquée sur l'arbre 14 de transmission, ce dernier peut être tourné pour amener la matière dans le faisceau de lumière ultra- violette afin que-la matière puisse être durcie par cette lumière. Fondamentalement, la matière d'équilibrage qu'il est prévu d'utiliser dans le procédé de la présente inven- tion comprend un support tel qu'une composition adhésive et une matière en particules ayant une densité supérieure à celle de la composition adhésive dans laquelle elle est dispersée La composition adhésive peut contenir une résine thermoplastique ou thermodurcissable qui peut être, par exemple, une résine époxy, une résine vinylique, une résine phénolformaldéhyde et un copolymère acrylonitrile- butadiène-styrène ou une matière de type similaire pouvant assumer la fonction d'un support et qui adhère convenable- ment à l'organe à équilibrer Conme décrit ci-après, la composition adhésive est habituellement sous forme d'une poudre ou d'un liquide tandis que les particules de matière, de densité plus élevée, dispersées dans cette composition sont gér éralement constituées de particules métalliques Comme représenté sur la coupe à échelle agran- die de la figure 2, la matière d'équilibrage durcie 12 comprend une composition adhésive solide ou élastomère 50 dans laquelle sont dispersées plusieurs particules métalli- ques 52 La suite du présent mémo Qre décrit plusieurs exemples de matières d'équilibrage pouvant être utilisées dans la présente invention. Une matière d'équilibrage convenant à la mise en oeuvre de l'invention peut àtre une composition adhésive liquide dans laquelle des particules métalliques sont dispersées Bien que la composition liquide puisse être une composition adhésive qui durcit dans les conditions ambiantes, le durcissement est de préférence accéléré par l'application de chaleur ou de lumière provenant d'une source convenable Un exemple de composition adhésive liquide pouvant être durcie par une lumière ultraviolette est la composition produite par la firme Loctite Corpora- tion et commercialisée sous le nom de "Speedbonder" Un autre exemple de composition adhésive pouvant être durcie par une source de rayons ultraviolets est commer- cialisé par la firme 3 M Corporation sous la désignation Adhesif N O 3190 ". La matière d'équilibrage peut également être un mélange de particules de métal et d'une composition adhésive qui se présente initialement sous la forme d'une poudre En général, l'adhésif en poudre peut être une résine thermodurcissable ou thermoplastique qui exige l'utilisation d'une source extérieure de chaleur pour que la matière durcisse sur l'arbre de transmission, dans le cas d'une résine thermodurcissable, ou pour que la matière se ramollisse sur l'arbre de transmission dans le cas d'une résine thermoplastique Dans ce dernier cas, le chauffage est interrompu une fois que la matière est ramollie, afin que cette matière finisse par refroidir et qu'elle redevienne solide sur l'arbre de transmission. Un exemple de composition adhésive en poudre convenable est la composition disponible auprès de la firme Polymer Corporation sous la marque commerciale "Corvel". Enfin, la matière d'équilibrage selon l'invention peut être constituée de particules métalliques qui sont enrobées séparément dans une composition adhésive Les particules métalliques enrobées peuvent être appliquées sur et maintenues en contact avec la surface de l'arbre de transmission 14 par le moule 28 tandis que l'anneau chauffant 40 est actionné pour faire durcir la matière sur l'arbre de transmission si l'adhésif est thermodur- cissable, ou bien pour provoquer un ramollissement de l'adhésif s'il s'agit d'un adhésif thermoplastique Dans ce dernier cas, le chauffage est ensuite arrêté afin que l'adhésif puisse se resolidifier sur l'arbre de trans- mission. Des exemples de matières d'équilibrage pouvant être utilisées dans la mis*e en oeuvre de la présente invention sont donnés dans le tableau suivant (tableau A) uniquement à titre illustratif, et nullement à titre limitatif Ces matières et leur utilisation constituent les meilleurs modes actuellement prévus de mise en oeuvre de l'invention, permettant d'obtenir les résultats optimaux souhaités. TABLEAU A COMPOSITION Nature de la matière d'é- quilibrage Particules de matière Adésif Grenaille Grenaille Désignation d'acier de ploanb coer rciale Quantité de 2,5 mm de 2,5 rm _ I Grenaille 50 g "Speed Volumne dans dis bonder" égal persion liquide 2 " 5 g " 9 " 50 Y " 3 M N 3190 " t 5 4 "f 's'9 g " " 4 " volume Mélange en 50 g zwel"l doûuble poudre 6 ii, ; fa;u gq 7 Particules 50 g " Couche de de métal 0,75 n enrobées d'épaisseur 8 " O g 5 " Bien que les exemples ci-dessus utilisent une composition adhésive dans laquelle des particules métalli- ques sont dispersées, il convient de noter que des parti- cules de matières autres qu'un métal peuvent être utilisées. faut seulement que la matière ajoutée à l'adhésif ait une densité supérieure à celle de 'adhésif et qu'elle soit inerte dans l'adhésif Des particules de silice, d'aluminium et de zircone peuvent etre aussi bien utili- sées. Il convient de noter que la dimension et les proportions des particules de matière pouvant être utilisées peuvent varier d'une application à l'autre Par exemple, le diamètre nominal de la grenaille est d'environ 2,5 nm. De plus, la proportion particulière de particules de métal, en poids, pouvant être mélangées à une composition adhésive est en général limitée par la dimension globale des particules de métal Les tableaux suivants (tableaux B et C) indiquent les plages de dimensions de particules et de pourcentages en poids de particules de matières pouvant être utilisées. TABLEAU B (Dimension des particules) (diamètre nominal d'une sphère de volume égal) Utilisable 2,0 mm à 3,0 mm Préférée 2,3 mm à 2,8 mm Optimale 2,4 mm à 2,7 mm TABLEAU C Pourcentage en poids Particules de matière Adhésif Utilisable 90 % à 94 % 6 % à 10 % Préférée 90,5 % à 93,5 % 6,5 à 9,5 % Optimale 91 % à 93 % 7 % à 9 % En résumé, l'invention concerne un procédé d'équilibrage d'un organe mécanique au moyen d'une matière d'équilibrage comprenant une composition adhésive et une matière ayant une densité supérieure à celle de l'adhésif et dispersée dans ce dernier Une telle matière d'équili- brage présente un certain nombre d'avantages Tout d'abord, elle peut adhérer à une large gamme de matières Par exemple, il est apparu que la matière pouvait être utili- sée efficacement pour l'équilibrage d'organes de trans- mission réalisés en aluminium De plus, étant donné qu'aucune opération de soudage n'est effectuée, la matière peut être appliquée sur un organe métallique sans entraîner de modifications nuisibles de la microstructure de l'organe. Ceci permet l'application de la matière d'équilibrage en des points de l'organe considérés jusqu'à présent inacceptables pour des raisons métallurgiques et de durée de vie de service En outre, étant donné qu'une matière de densité plus élevée est ajoutée à la composition adhé- sive, la matière d'équilibrage résultante présente une densité moyenne globale qui est supérieure à celle d'une matière d'équilibrage constituée uniquement de la composi- tion adhésive Ainsi, il est possible d'utiliser une plus faible quantité de matière d'équilibrage pour obtenir une addition de poids donnée. REVENDICATIONS 1 Procédé d'équilibrage d'un organe mécanique, caractérisé en ce qu'il consiste: (a) à appliquer sur un emplacement choisi de l'organe mécanique ( 14), une quantité prédéterminée d'une matière ( 12) d'équilibrage comprenant une composition adhésive ( 50) qui peut être transformée dans un état solide ou élastomère, et une matière en particules ( 52) ayant une densité supérieure à celle de la composition adhésive et dispersée dans cette dernière; et (b) à faïre passer à l'état solide ou à l'état d'élastomère la matièr d'équilibrage appliquée sur l'or- gane mécanique. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (a) consiste à mélanger une composition adhésive ( 50) avec des particules de matière ( 52). 3.-Procédé selon la revenaz Jcation 1, caractérisé en ce que la composition adhésive comprend une résine thermodurcissable et est chauffée pour que la matière d'équilibrage passe à l'état solide ou à l'état d'élastomère. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un durcissement est réalisé par l'utilisation de lumière ultraviolette. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le chauffage s'effectue par induction. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition adhésive comprend une résine thermoplastique et est chauffée afin que la matière d'équilibrage se ramollisse sur l'organe mécanique, le chauffage étant ensuite interrompu afin que la composition redevienne solide sur l'organe. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger une composition adhésive ( 50) avec une matière ( 52) en particules qui comprend des particules métalliques, le mélange résultant étant ensuite appliqué conformément à l'étape (a). 8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger une composition adhésive il ( 50) et une matière ( 52) en particules qui comprend des particules métalliques ayant une dimension de l'ordre de 2,4 à 2,7 mm, le mélange résultant étant ensuite appli- qué conformément à l'étape (a). 9 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger la composition adhésive avec une matière en particules comprenant des particules métalliques qui constituent-91 à 93 % en poids de la matière d'équilibrage, le mélange résultant étant ensuite appliqué conformément à l'étape (a). Organe mécanique qui, en service, tourne autour d'un axe traversant cet organe, et sur lequel adhère une masse constituée d'une matière ( 12) d'équilibrage, l'organe étant caractérisé en ce que la matière d'équi- librage comprend un corps solide ou en élastomère', cons- titué_ d'une composition adhésive ( 50) et de particules ( 52) de matière ayant une densité supérieure à celle de la composition adhésive dans laquelle elles sont dis- persées. 11 Organe mécanique selon la revendication 10, caractérisé en ce que la composition adhésive comprend une résine thermodurcissable ou bien une résine thermo- plastique. 12 Organe mécanique selon la revendication 10, caractérisé en ce que les particules de matière compren- nent des particules de métal, ces dernières pouvant notamment constituer 91 à 93 % en poids de La matière d'équilibrage et pouvant avoir, par exemple, une dimen- sion de l'ordre de 2,4 à 2,7 mm, les particules de métal pouvant plus particulièrement comprendre de la grenaille d'acier ou de la grenaille de plomb.