Brevet FR2547375A1 — publié le 19841214

La présente invention concerne un accouplement isolant des vibrations de torsion Un accouplement isolant est utilisé pour réduire la transmission des vibrations de torsion provenant d'un arbre menant d'entrée à 5 un arbre mené de sortie, de façon que l'arbre de sortie puisse être sensiblement exempt de vibrations, de torsion De nombreux appareils, dits générateurs de force motrice, ne présentent pas de vibrations de torsion, par exemple une turbine à vapeur transmet un couple qui est essentiellement exempt de vibrations de torsion D'autres sources de force motrice telles qu'un moteur électrique sont également essentiellement exemptes de vibrations de torsion Cependant, d'autres générateurs de force motrice produisent par nature des vibrations de torsion Par exem15 ple, un moteur à combustion interne particulièrement du type à pistons, transmet d'importantes vibrations de torsion inhérentes à la nature d d'un tel moteur devient grave ou peut le devenir. Outre la transmission du couple d'un tel moteur aux roues tractrices des véhicules qui en sont équipés, la sortie du couple du moteur est utilisée pour entraîner des dispositifs auxiliaires comme des alternateurs, des pompes de direction assistée, des servo-freins, et au35 tres dispositifs similaires Quoiqu'il est impossible 2547375; d'éliminer les vibrations de torsion dans l'arbre de sortie d'un moteur, la transmission de vibrations de torsion atténuées aux accessoires entraînés par le moteur procurera une importante amélioration de per5 formances de ces accessoiresg tels que pompes de direction assistée, servo-freins et dispositifs similaires Un dispositif qui est interposé entre la sortie de force d'un tel moteur et un dispositif entraîné par le moteur pour réduire les vibrations de torsion, est 10 connu sous le vocable d'isolateur antivibratoire L'isolateur antivibratoire agit ou fonctionne de telle façon que les vibrations de torsion ne sont pas transmises au-delà de l'accouplement isolant ou, si elles sont transmises, le sont sous une amplitude considéra15 blement réduite Les frais de l'isolateur antivibratoire seront plusieurs fois remboursés en longévité anticipée ou attendue des dispositifs auiliaires d'assistance entraînés par le côté ou l'extrémité de sortie de l'isolateur. Quoiqu'il soit généralement semblable à un amortisseur de vibrations de torsion pour moteurs à combustion interne, un isolateur antivibratoire fonctionne d'une façon ou selon un mode entièrement différent Un amortisseur de vibrations de torsion convertit l'énergie ayant 25 la forme de vibrations mécaniques de torsion en énergie ayant la forme de chaleur Si l'on suppose qu'il existe une seule fréquence de vibrations de torsion dans le moteur, (dans un but explicatif), fréquence unique qui est transmise depuis l'arbre de transmission du véhicule, l'amortisseur serait accordé sur cette unique fréquence de façon à régler la bague d'inertie classique de l'amortisseur et l'élastomère associé sur leur fréquence naturelle de résonance A une telle fréquence, l'oscillation alternative de la bague d'inertie a l'amplitude maximale, 35 déformant ainsi l'élastomère au maximum, ce qui produit le maximum de quantité de chaleur dans l'élastomère à la suite des frictions internes à l'intérieur de ce dernier Donc, un amortisseur de ce type est conçu pour résonner à une seule fréquence (dans cet exemple). Un accouplement isolateur de vibrations de torsion qui comprend des bagues en élastomère n'a pas été prévu, à l'origine du moins, pour convertir l'énergie mécanique en énergie thermique Un isolateur de vibrations de torsion ne fonctionnerait jamais, idéale10 ment, à sa fréquence naturelle de résonance Au lieu de cela, la gamme prévue de fonctionnement de l'isolateur va au-delà de la vitesse particulière du moteur correspondant à la fréquence naturelle de résonance de l'isolateur antivibratoire. La technique antérieure connaît des accouplements élastiques quelque peu similaires A titre d'exemple, le brevet U S 2 016 154 délivré par McWhirter décrit un certain nombre de disques d'entraînement 9 clavetés sur un arbre de transmission d'entrée 1 Un certain nombre de disques entraînés 10 sont chacun montés axialement en sandwich entre un certain nombre d'éléments en forme de disques en élastomère s'étendant radialement 11 Les périphéries des disques entraînés 10 sont clavetées sur un élément de transmission cylindrique de sortie 4, ce dernier étant accouplé à un pignon de transmission 2 Quoique pouvant apparemment fonctionner pour l'usage prévut l'accouplement McWhirter transmet le couple depuis ses disques d'entrée 9 aux disques de réaction de sortie 10 par l'intermédiaire de simples bandes 30 ou disques élastomères 11 Contrairement à cette disposition, la construction de la présente invention emploie au moins deux bandes en élastomère entre les disques d'entrée et les disques de réaction de sortie et au moins deux bandes ou éléments en élastomère supplémentaires 2547375; pour accoupler le disque de réaction d'entrée à l'élément cylindrique et le disque de réaction de sortie à l'élément cylindrique Un volume aussi important d'élastomère permet de plus faibles contraintes unitaires de l'élastomère Dans 5 de nombreuses applications, il y a des contraintes de place, cette conception permettant un plus grand volume de caoutchouc pour des dimensions données de l'isolateur Le présent dispositif permet la transmission du couple par l'intermédiaire de l'accouplement selon un certain nombre 10 de trajectoires de l'une à l'autre. Dans le brevet des Etats-Unis n 2 561 830 délivré à Vanderzee, un unique disque de réaction 23 est monté en sandwich entre une paire de disques élastomères 27, les disques d'élastomères et de réaction étant enfermés dans 15 un élément cylindrique 15 L'accouplement conforme à la présente invention, isolant des vibrations de torsions, pour l'obtention d'un couple de sortie sensiblement exempt de vibrations de torsion à partir d'un couple d'entrée présentant des vibrations de torsion, tel qu'un couple 20 d'entrée provenant directement d'un moteur à combustion interne, comporte: un disque menant de réaction d'entrée formé d'un matériau rigide et conçu pour être accouplé à un arbre de transmission d'entrée, un disque mené de réaction de sortie formé d'un matériau rigide et conçu 25 pour être accouplé à un arbre de transmission de sortie, les deux disques étant parallèles et coaxiaux l'un à l'autre, une bande annulaire d'élastomère étant montée sur les deux faces de chaque disque, chaque bande élastomère étant contiguë à la périphérie de son disque res30 pectif et s'étendant radialement vers l'intérieur de ladite périphérie, de façon à déliminer ainsi quatre bandes élastomères espacées axialement, dont une première paire est montée en sandwich sur une portion radialement extérieure du disque menant d'entrée et dont une seconde 35 paire est montée en sandwich sur une portion radialement -5 extérieure du disque mené de sortie, un disque séparateur fait d'une bande rigide d'élastomère étant monté axialement entre les deux disques de réaction et étant placé axialement entre les deux bandes élastomères axialement 5 les plus intérieures, le disque séparateur en bande rigide s'étendant essentiellement de la même valeur radiale que les deux disques élastomères qui sont montés en sandwich par rapport à lui, une pièce annulaire de maintien, la pièce annulaire de maintien ayant la forme d'un cylin10 dre dont les extrémités portent des flasques rigides s'étendant radialement, lesdits flasques étant en contact bout à bout avec les deux bandes élastomères situées axialement vers l'extérieur de façon à verrouiller axialement et à comprimer axialement les bandes élastomères 15 contre les deux disques de réaction, ce qui permet de délimiter au moins quatre interfaces s'étendant radialement entre les éléments élastomères et les éléments rigides. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, l'étendue radiale desdits flasques 20 de maintien est sensiblement la même que l'étendue radiale des bandes élastomères avec lesquelles ils sont en contact. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, les portions radialement extérieures des deux bandes élastomères de chacune desdites paires de 25 bandes en élastomère sont intégralement assemblées, de sorte que chacune desdites paires de bandes élastomères est généralement en forme de U dans sa section axiale longitudinale, la courbe de chaque U s'étendant dans le sens axial. Selon une autre caractéristiques avantageuse de la présente invention, la surface élastomère d'au moins un des éléments d'interface entre pièces élastomères et pièces rigides est pourvu d'une pluralité d'évidements, cer derniers contenant un liquide d'amortissement. 2547375; Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, les bandes en élastomère sont en élastomères de compositions chimiques différentes et de propriétés élastiques différentes. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, l'épaisseur de chaque portion incurvée s'étendant axialement des éléments élastomères en forme de U est plus grande que celle de ses bandes en élastomère associée s'étendant radialement, de façon à 10 obtenir une distribution plus uniforme des contraintes dans chaque élément en forme de Uo D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des des15 sins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, sur lesquels: La Figure 1 est une vue en perspective représentant l'isolateur de vibrations de torsion conforme à la présente invention; La Figure 2 est une vue en coupe selon le plan de coupe référencé 2-2 sur la Figure 1; et La Figure 3 est un graphique représentant le fonctionnement d'un isolateur typique contre les vibrations de torsion, conforme à la présente invention. Si nous nous référons maintenant aux dessins, la référence 10 représente généralement l'isolateur antivibratoire conforme à la présente invention La référence 14 représente un arbre menant d'entrée, l'arbre étant directement accouplé à un générateur de force motrice qui par 30 sa nature produit des vibrations de torsion sur son arbre de sortie, par exemple un moteur à combustion interne -La référence 16 représente l'axe de rotation de l'arbre de transmission d'entrée 14 La référence 18 représente un 2547375. arbre de sortie tournant également autour de l'axe 16 et conçu pour être accouplé à une unité auxiliaire, tel qu'un bloc de servo-frein, un bloc de direction assistée, un alternateur ou autre dispositif similaire d'un véhicule 5 mu par le moteur accouplé à l'arbre 14 La référence 20 représente un élément cylindrique ayant à une extrémité un flasque 22 s'étendant radialement vers l'intérieur. Les deux éléments 20 et 22 sont annulairement continus. La référence 24, illustrée sur la Figure 2 représente un élément ayant la forme d'un disque perforé et s'étendant radialement vers l'intérieur, dont la forme et l'orientation sont semblables à celles du flasque 22 s'étendant radialement L'élément 24 est également annulairement continu La référence 26 représente une 15 nervure par exemple annulaire à l'extrémité de droite (voir Figure 1) du cylindre 20, la nervure maintenant le disque perforé contre des éléments en élastomère qui vont être décrits maintenant D'autres méthodes peuvent être employées au lieu du nervurage, par exemple le soudage 20 ou le boulonnage. La référence 30 représente un disque de réaction (menant) d'entrée parallèle et coaxial au disque de réaction (mené) de sortie 32 Le disque 30 est accouplé à l'arbre d'entrée 14 alors que le disque 32 est accou25 plé à l'arbre de sortie 18 Quoique les Figures 1 et 2 représentent le couplage sous la forme d'un accouplement soudé, il est compréhensible pour l'homme de l'art qu'une grande variété d'accouplements classiques peuvent être employés pour accoupler les arbres 14 et 18 à leurs dis30 ques respectifs 30 et 32 La référence 36 représente un disque en élastomère s'étendant radialement sur le côté gauche (Figure 2) du disque d'entrée 30, alors que la référence 38 représente un disque semblable en élastomère du côté droit du disque menant 30 La référence 40 représente une liaison s'étendant généralement axialement 2547375. entre les portions radialement extrêmes des éléments en élastomère 36 et 38 Comme le représente la Figure 2, l'élément 36, 38, 40 présente en section axiale longitudinale de l'accouplement isolant une forme générale en U. 5 Les références 44 et 46 représentent des disques en élastomère semblables aux éléments 36 et 38, les éléments en élastomère 44 et 46 étant reliés d'une pièce à leurs portions les plus extérieures par une portion intégrale 48. L'élément en élastomère 44, 46, 48 est également 10 en forme de U dans sa section axiale longitudinale La référence 52 représente un disque perforé de forme semblable au disque 24 et interposé entre les éléments en élastomère 38 et 44 La référence 56 représente l'un parmi un certain nombre de poches ou évidements ménagés 15 sur la face de l'élément en élastomère 36 qui est en contact avec la surface axialement située le plus à l'intérieur de l'élément 22 De façon identique, les références 58, 60 et 62 représentent des évidements ou des poches semblables sur l'élastomère associé, aux 20 interfaces. En pratique, les portions incurvées 40 et 48 peuvent être formées avec une plus grande épaisseur que les portions orientées radialement 36, 38, 44 et 46 pour rendre plus uniforme la distribution des contraintes dans 25 l'élastomère Dans cette technique, on a utilisé un moule conique pour des éléments en élastomère identiques pour rendre plus uniforme la distribution des contraintes. Cependant, de telles formes ne jouent pas de rôle dans la charge centrifuge de l'élastomère et peuvent rendre la 30 fabrication plus difficile. Les éléments 20, 22, 24, 30, 32 et 52 sont de préférence fabriqués en matériau rigide tel que du fer ou de l'acier Le disque 52 peut être fixé de façon rigide par sa portion radialement la plus extérieure à l'élément 2547375; de fixation 20 Cependant, une telle construction augmenterait le co t de montage de l'accouplement antivibratoire. Comme l'indique le brevet des Etats-Unis n 3 440 899 délivré à McGavern et cédé au déposant de cette demande, les évidements 56, 58, 60 et 62 sont remplis d'un liquide d'amortissement au silicone d'un type décrit dans le brevet McGavern Comme l'indique la Figure 1, les éléments représentés dans la Figure 2 sont annulairement continus Les portions d'élastomère s'étendant 10 radialement 36, 38, 44 et 46 sont axialement comprimées, étant sollicitées dans le sens axial par des éléments de flasque 22 et 24 s'étendant radialement. En service, le couple d'entrée transmis par l'arbre 14 est transmis par le disque 30 par l'intermé15 diaire des premiers éléments en forme de U, en élastomère, 36, 40, 38 aux éléments 20, 22, 24 et 52 Le couple passe alors par les éléments en élastomère 44, 46 et 48 (trois trajectoires) vers le disque de sortie 32 et de là vers l'arbre de sortie 18. Grâce aux éléments en élastomère, les vibrations de torsion dans l'arbre d'entrée 14 ne sont qu'imparfaitement transmises, c'est-à-dire qu'elles le sont avec une atténuation considérable à l'arbre de sortie 18 Dans le cas d'un moteur à piston à combustion interne du type 25 diesel ou à essence, dont l'arbre tourne au régime de 3000 tours/minute, la vibration angulaire de torsion superposée à ce couple unidirectionnel peut présenter une amplitude allant de 1/4 à 1 à une fréquence comprise entre 150 et 250 périodes par seconde Cette ampli30 tude et cette fréquence sont essentiellement arrêtées par l'isolateur antivibratoire et par conséquent disparaissent pratiquement de l'arbre de sortie 18 La présence du disque axialement intermédiaire 52 permet encore une autre interface entre métal et caoutchouc ou une autre surface 2547375; de liaison Les interfaces entre élastomère et métal sont de préférence liés par des techniques connues. Les bandes ou disques en élastomère 36, 38, 44 et 46 peuvent être d'épaisseur uniforme ou variable En pratique, l'épaisseur des portions incurvées 40 et 48 peut être supérieure à celle des portions en élastomère restantes de façon à rendre plus uniforme la distribution des contraintes sur le volume tout entier de chaque élément en U Les portions de liaison ou incurvées 40 et 48 10 peuvent être omises de façon à permettre l'usage de bandes d'élastomère de différents types dans toute installation o un côté de l'accouplement fonctionnerait dans une atmosphère différente de celle régnant de l'autre côté ou extrémité. A titre d'exemple, les bandes ou disques en élastomère 36, 38, 44 et 46 peuvent être tout d'abord appliqués à la périphérie de leurs disques de réaction respectifs 30 et 32 par collage avant verrouillage par le cylindre 20, 22 et la pièce de fixation 24 Si les bandes 20 en élastomère sont pourvues de portions incurvées 40 et 48, la moitié de chaque portion incurvée peut être collée, une opération-supplémentaire consistant à assembler les demi-portions incurvées avant le montage. L'accouplement entre l'arbre de sortie mené 18 et les dispositifs auxiliaires tels qu'un alternateur, une pompe de servo-frein et éléments similaires est ordinairement effectué par un dispositif a courroie et poulie. Si nous nous référons maintenant à la Figure 3 des dessins, la courbe représente la double amplitude en 30 degré (DDA) des vibrations de torsion dans l'arbre de sortie d'un isolateur antivibratoire typique tel que l'arbre 18 de l'isolateur de la Figure 1 Le graphique est tracé par un élastomère, de coefficient d'amortissement spécifique et pour une rigidité K de 20 x 103 pouce- 2547375; libres/radian La double amplitude des vibrations en entrée est de 0,5, et constante On voit qu'une crête de résonance naturelle se produit pour un régime du moteur d'environ 450 tours/minute et son amplitude est de 224 DDA Lorsque la vitesse du moteur augmente, la valeur de la DDA de sortie décroît A un régime d'environ 650 tours/ minute, les DDA d'entrée et de sortie sont les mêmes Audelà de cette valeur, la DDA de sortie chute de façon importante, depuis environ 0,13 à un régime du moteur d'environ 1000 tours/minute et environ 0,027 DDA pour un régime du moteur d'environ 2000 tours/minute La gamme prévue de fonctionnement de l'isolateur antivibratoire décrit à la Figure 3 part d'environ 650 tours/minutes et au-delà Donc, pour un régime moteur de 1000 tours/minute 15 l'amplitude de sortie n'est que 0,26 de celle de l'amplitude DDA d'entrée A 2000 tours/minute, l'amplitude de sortie n'est qu'environ 0,054 de celle de la DDA d'entrée. R E V E N D I C A T I ON S 1. Un accouplement isolant des vibrations de torsion pour l'obtention d'un couple de sortie sensiblement exempt de vibrations de torsion à partir d'un couple d'entrée présentant des vibrations de torsion, tel qu'un 5 couple d'entrée provenant directement d'un moteur à combustion interne, l'accouplement comportant: un disque menant de réaction d'entrée ( 30) formé d'un matériau rigide et conçu pour être accouplé à un arbre de transmission d'entrée ( 14), un disque mené de réaction de sortie ( 32) formé d'un matériau rigide et conçu pour être accouplé à un arbre de transmission de sortie ( 18), les deux disques étant parallèles et coaxiaux l'un à l'autre, une bande annulaire d'élastomère ( 36, 38; 44, 46) étant montée sur les deux faces de chaque disque, chaque bande 15 élastomère étant contiguë à la périphérie de son disque respectif et s'étendant radialement vers l'intérieur de ladite périphérie, de façon à délimiter ainsi quatre bandes élastomères espacées axialement, dont une première paire ( 36, 38) est montée en sandwich sur une portion 20 radialement extérieure du disque menant d'entrée ( 30) et dont une seconde paire ( 44, 46) est montée en sandwich sur une portion radialement extérieure du disque mené de sortie ( 32), un disque séparateur ( 52) fait d'une bande rigide d'élastomère étant monté axialement entre les 25 deux disques de réaction ( 30, 32) et étant placé axialement entre les deux bandes élastomères ( 38, 44) axialement les plus intérieures, le disque séparateur ( 52) en bande rigide s'étendant essentiellement de la même valeur radiale que les deux disques élastomères ( 38, 44) qui sont montés 30 en sandwich par rapport à lui, une pièce annulaire de maintien ( 20), la pièce annulaire de maintien ayant la forme d'un cylindre dont les extrémités portent des flasques rigides s'étendant radialement ( 22, 24), lesdits flasques étant en contact bout à bout avec les deux bandes élastomères ( 36, 46) situées axialement vers l'extérieur de façon à verrouiller axialement et à comprimer axialement les bandes élastomères ( 36, 38, 44, 46) contre les deux disques de réaction ( 30, 32), ce qui permet de délimiter au moins quatre interfaces s'étendant radialement entre les éléments élastomères et les éléments rigides. 2. L'accouplement isolant de la revendication 10 1, dans lequel l'étendue radiale desdits flasques de maintien ( 22, 24) est sensiblement la même que l'étendue radiale des bandes élastomères ( 36, 46) avec lesquelles ils sont en contact. 3. L'accouplement isolant de la revendication 15 1, dans lequel les portions radialement extérieures des deux bandes élastomères de chacune desdites paires de bandes en élastomère ( 36, 38; 44, 46) sont intégralement assemblées, de sorte que chacune desdites paires de bandes élastomères est généralement en forme de U dans sa 20 section axiale longitudinale, la courbe de chaque U ( 40, 48) s'étendant dans le sens axial. 4. L'accouplement isolant de la revendication 1, dans lequel la surface élastomère d'au moins un des éléments d'interface entre pièces élastomères ( 36, 38; 25 44, 46) et pièces rigides est pourvu d'une pluralité d'évidements ( 56, 58,-60, 62), ces derniers contenant un liquide d'amortissement. 5. L'accouplement isolant de la revendication 1, dans lequel les bandes en élastomères ( 36, 38, 44, 46) sont en élastomère de compositions chimiques différentes et de propriétés élastiques différentes. 6. L'accouplement isolant de la revendication 3, dans lequel l'épaisseur:lde chaque portion incurvée ( 40, 48) s'étendant axialement des éléments élastomères 2547375 ? en forme de U est plus grande que celle de ses bandes en élastomère associées ( 36, 38 ' 44 g 46) s'étendant radialement, de façon à obstenir une distribution plus uniforme des contraintes dans chaque élément en forme de U.