Brevet FR2659403A1 — publié le 19910913

L'invention concerne un arbre de transmission qui est fabriqué en une seule pièce par une opération de déformation à froid, en particulier pour la propulsion d'un véhicule automobile, et présenté sous la forme d'un arbre tubulaire comprenant une zone tubulaire centrale, de grand diamètre extérieur, et des zones terminales for- mées aux deux extrémités et qui possèdent des zones de réception dentées pour l'accouplement aux joints rota- tifs. On connaît déjà par le DE-A-30 09 277 un arbre de transmission de ce genre destiné à être utilisé comme demi-arbre pour la propulsion d'un véhicule automobile. L'arbre de transmission est essentiellement composé d'un arbre tubulaire qui présente deux extrémités à diamètre échelonné qui possèdent des zones réceptrices pour l'ac- couplement aux joints La partie centrale de l'arbre tu- bulaire est de construction cylindrique et présente dans toute son étendue le diamètre extérieur maximum Pour ob- tenir une solidité mécanique uniforme sur toute la ré- gion de l'arbre tubulaire, l'épaisseur de paroi diminue avec l'accroissement du diamètre extérieur Cette forme de réalisation présente un inconvénient consistant en ce qu'on cherche uniquement la résistance mécanique de l'ar- bre et qu'il n'est possible d'adapter la fréquence pro- pre de flexion aux conditions exigées dans chaque cas que dans une mesure très limitée et que, en règle généra- le, cette fréquence se trouve dans la région d'une fré- quence d'excitation du système moteur-boîte de vitesses, de sorte qu'il n'est pas possible d'éviter la production de bruits de vibrations. L'invention se donne donc pour but de créer un arbre de transmission dont le comportement vibratoire soit amélioré, en ce sens qu'il est possible de régler la fréquence propre à des valeurs comprises dans une pla- ge de fréquence d'excitation extérieure minimale, avec des moyens de construction simples et que ceci permet de réduire les bruits de vibrations. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que la zone tubulaire centrale de l'arbre de transmission est d'une construction possédant une symé- trie axiale et de révolution, et que le rapport de la ri- gidité à la flexion des zones terminales à celle de la zone tubulaire centrale est supérieur à 20. La valeur extrême du rapport de rigidité à la flexion entre les zones de réception et la zone tubulai- re centrale fixe une valeur de référence qui, lorsqu'on en tient compte, conduit à un arbre de transmission qui présente de basses fréquences propres et dans lequel on peut reporter la fréquence propre dans une plage d'éner- gie d'excitation extérieure minimale en modifiant son di- mensionnement Grâce à ce décalage de la fréquence de ré- sonnance propre, on peut éviter des bruits de vibrations gênants L'arbre de transmission est ici d'une construc- tion possédant une symétrie axiale et de révolution, en même temps qu'on peut réaliser un arbre de transmission d'une forme particulièrement allongée. Dans une forme de réalisation de l'invention donnée à titre d'exemple, il est prévu qu'avec un diamè- tre extérieur de l'arbre de transmission constant ou va- riable, l'épaisseur de paroi de la zone tubulaire centra- le reste constante. Avec cette épaisseur de paroi constante, alors que le diamètre extérieur est constant ou variable, on obtient une répartition de la surface de section qui est optimisée pour le fonctionnement et qui satisfait les conditions de solidité fondamentales, cependant que la rigidité à la torsion nécessaire peut être réglée et que les fréquences de résonnance propres pour les vibrations de flexion et de torsion de l'arbre peuvent être adap- tées aux conditions exigées Ceci signifie que les diffé- rentes sections sont supérieures, de loin dans certains cas, à la dimension minimale qui serait nécessaire, sous l'aspect de la capacité de charge, et que la rigidité à la torsion et le comportement acoustique sont optimi- sés. En variante, on peut envisager que, pour rem- plir la condition de rigidité à la flexion citée plus haut, le diamètre intérieur et/ou le diamètre extérieur de l'arbre de transmission varient continuellement, du moins en partie, dans la zone tubulaire centrale, et avec une variation symétrique par rapport au milieu de l'arbre tubulaire. Dans cette construction, l'arbre de transmis- sion peut aussi être dimensionné de manière que sa fré- quence propre de flexion soit située dans la plage de l'excitation extérieure minimale. En utilisant une section transversale étagée pour l'arbre tubulaire, on obtient également une rigidi- té à la flexion qui varie lorsqu'on se rapproche du mi- lieu de l'arbre tubulaire, variation qui permet aussi un décalage de la fréquence propre de flexion. 2,0 Dans toutes les formes de réalisationle diamè- tre extérieur maximum peut être placé dans le voisinage des zones terminales ou au milieu de l'arbre tubulaire, l'arbre de transmission étant alors de conformation coni- que entre le diamètre extérieur minimum et le diamètre extérieur maximum, de sorte qu'on obtient une variation de la surface de section Dans le cas d'une conformation possédant son diamètre extérieur maximum au milieu de l'arbre tubulaire, on reproduit en outre quasiment la forme de la première vibration fondamentale de l'arbre tubulaire, de sorte que, grâce à l'accroissement de la surface de section, on obtient un accroissement de la résistance à la déformation de l'arbre de transmission qui croît lorsqu'on se rapproche du milieu de l'arbre tu- bulaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente un véhicule automobile comprenant des arbres de transmission avant et arrière; la figure 2 est une coupe longitudinale d'une première forme de réalisation de l'arbre tubulaire; les figures 3 à 8 sont chacune une coupe longi- tudinale d'une autre forme de réalisation de l'arbre tu- bulaire. Sur la figure 1, on a représenté un véhicule au- tomobile 1 à propulsion intégrale, dans lequel les roues avant 5 sont entraînées par un moteur avant 2, équipé d'une boîte de vitesses 3 et d'un différentiel d'essieu avant 4, par l'intermédiaire d'arbres de transmission avant 6 Le couple d'entraînement pour les roues arrière 7 est pris sur le différentiel 4 de l'essieu avant et transmis à un différentiel d'essieu arrière 9 par l'in- termédiaire d'un arbre de transmission longitudinal 8. Le différentiel d'essieu arrière 9 entraîne les roues ar- rière 7 par l'intermédiaire d'arbres de transmission ar- rière 10 Les arbres de transmission avant et arrière 6, sont d'une configuration selon l'invention. Sur chacune des figures 2 à 8, on a représenté un arbre de transmission 6, 10 qui est logé, par ses ré- gions de réception dentées prévues dans ses zones termi- nales 11, 12, dans les évidements correspondants du corps intérieur de joint, non représenté Dans les exem- ples de réalisation représentés sur les figures 2, 3 et 6, l'épaisseur de paroi D reste constante sur toute la longueur de l'arbre tubulaire; toutefois, on peut aussi envisager que l'épaisseur de paroi D soit d'une configu- ration qui varie continuellement dans la zone centrale Rm de l'arbre tubulaire et qui est symétrique par rap- port au milieu M de l'arbre tubulaire, comme ceci est re- présenté sur les figures 4, 5 et 7, ou que la section transversale de l'arbre tubulaire présente une allure de variation en escalier, selon la figure 8. Sur la figure 2, le diamètre extérieur Da est maintenu constant dans la zone centrale Rm, de sorte qu'on obtient une section cylindrique avec une épaisseur de paroi D constante. Sur la figure 3, le diamètre extérieur maximum Dmax est situé dans la région des deux zones terminales 11, 12 et, à partir de là, l'arbre de transmission 6, 10 présente une allure conique jusqu'au milieu M de l'arbre tubulaire, l'épaisseur de paroi D restant conservée cons- tante Au contraire, sur les figures 4 et 5, l'épaisseur de paroi D présente en supplément une légère variation. Sur la figure 6, le diamètre extérieur maximum Dmax est prévu au milieu M de l'arbre tubulaire, de sor- te que l'arbre tubulaire 6, 10 se rétrécit en cône jus- qu'à chacune des zones terminales 11, 12 et prend quasi- ment la forme de la première vibration fondamentale. Sur la figure 7, le diamètre extérieur maximum Dmax est prévu dans la région des deux zones terminales 11, 12, le diamètre intérieur Di restant constant, de sorte que l'épaisseur de paroi D varie continuellement sur toute la longueur de l'arbre de transmission 6, 10. Sur la figure 8, on a représenté un arbre de transmission 6, 10 dont l'allure de variation de la sec- tion transversale est en escalier. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non li- mitatif, sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 Arbre de transmission ( 6, 10) qui est fabri- qué en une seule pièce par une opération de déformation de précision, en particulier pour la propulsion d'un véhicule automobile ( 1), présenté sous la forme d'un ar- bre tubulaire symétrique qui comprend une zone tubulaire centrale (Rm) de grand diamètre extérieur (Da), muni de zones terminales ( 11, 12) formées aux deux extrémités, et muni de zones de réception dentées pour l'accouple- ment aux joints rotatifs, caractérisé en ce que le rapport de la rigidité à la flexion des zo- nes terminales ( 11, 12) à celle de la zone tubulaire cen- trale (Rm) est supérieure à 20. 2 Arbre de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone tubulaire centrale (Rm) de l'arbre de transmission ( 6, 10), est d'une construction possédant une symétrie axiale et de révolution. 3 Arbre de transmission selon une des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de paroi (D) de la zone tubulaire centrale (Rm) est maintenue constante alors que le diamè- tre extérieur (Da) est constant. 4 Arbre de transmission selon une des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce qu'une épaisseur de paroi (D) de la zone tubulaire maintenue (Rm) est constante alors que le diamètre exté- rieur (Da) est variable. Arbre de transmission selon une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le diamètre intérieur (Di) et/ou le diamètre extérieur (Da) de la zone tubulaire centrale (Rm) varient par variation continue, au moins en partie, de façon symétrique par rapport au milieu (M) de l'arbre tubulaire. 6 Arbre de transmission selon les revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que la zone tubulaire centrale (Rm) est d'une con- figuration à diamètre étagé et en ce que les zones de transition entre les zones de diamètre étagé présentent un diamètre intérieur (Di) et/ou un diamètre extérieur (Da) à allure conique. 7 Arbre de transmission selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le diamètre extérieur maximum (Dmax) de la zo- ne tubulaire centrale (Rm) est formé dans le voisinage des deux zones terminales ( 11, 12). 8 Arbre de transmission selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le diamètre extérieur maximum (Dmax) de la zo- ne tubulaire centrale (Rm) est formé au milieu (M) de l'arbre tubulaire. 9 Arbre de transmission selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la zone tubulaire centrale (Rm) est de configu- ration conique entre chacune des zones terminales ( 11, 12) et le milieu (M) de l'arbre tubulaire.