Brevet FR2738319A1 — publié le 19970307

"Volant double amortisseur à raideur variable" L'invention se rapporte à un volant double amortisseur, destiné à accoupler, avec filtrage des vibrations, un mécanisme de transmission de puissance à un moteur thermique, notamment moteur de véhicule automobile, comportant deux éléments à inertie de rotation coaxiaux, primaire et secondaire, des moyens d'attelage reliant les éléments à inertie en permettant un déphasage entre eux à l'encontre d'un couple élastique, et des moyens amortisseurs à friction en parallèle sur les moyens d'attelage. Les moteurs thermiques, tels que les moteurs de véhicules automobiles, engendrent des couples cycliquement variables, alors que les mécanismes de transmission offrent des couples résistants en première approximation constants ou relativement lentement variables, auxquels s'ajoutent des variations aléatoires d'amplitude limitée. La présence, sur l'arbre moteur, d'un volant, et la liaison positive entre le moteur et le mécanisme de transmission qui présente une inertie notable entraînent une certaine régularisation du couple moteur transmis. Toutefois, en raison de l'élasticité des organes du mécanisme de transmission, les variations cycliques donnent naissance à des vibrations, avec des résonances à certains régimes. En outre, lorsque la liaison entre le moteur et le mécanisme de transmission n'a pas un caractère positif, transmission au point mort, ou glissante en phase d'embrayage ou de couplage progressif, l'inertie de la transmission n'agit que peu sinon pas, et les vibrations prennent de l'importance, d'autant que, lors de ces phases, le régime du moteur est relativement bas, et l'inertie du volant relativement peu efficace. Aussi, très généralement dote-t-on les mécanismes de transmission de dispositifs de filtrage des vibrations, constitués d'un moyen de couplage élastique qui autorise un déphasage, fonction du couple transmis, entre organes amont, y compris le moteur, et organes aval, et d'un dispositif amortisseur en parallèle sur le moyen de couplage, généralement à friction. Pendant longtemps, le dispositif de filtrage a été en général monté dans le disque d'embrayage, entre une couronne portant les garnitures de friction et appliquée contre le volant du moteur, et un moyeu solidaire en rotation de l'arbre de sortie de l'embrayage, qui entraîne à son tour les organes aval du mécanisme de transmission. La faible inertie propre du disque d'embrayage et des organes du mécanisme de transmission dont il est solidaire conjointement avec la raideur nécessaire du couple élastique pour supporter le couple moteur maximal, détermine des fréquences de résonance relativement élevées, souvent incluses dans la gamme des régimes effectifs du moteur. Pour abaisser les fréquences de résonance du dispositif de filtrage, on a dédoublé le volant classique en deux éléments à inertie de rotation coaxiaux, l'un primaire, solidaire en rotation de l'arbre moteur (vilebrequin), l'autre secondaire, entraînant solidairement en rotation le mécanisme de transmission, en pratique l'embrayage ou le coupleur hydraulique, et on a relié les deux éléments d'inertie de rotation par des moyens d'attelage qui permettent un déphasage ou décalage angulaire entre les éléments à inertie à l'encontre d'un couple élastique (couple de rappel), et on a disposé des moyens amortisseurs à friction en parallèle sur les moyens d'attelage. On arrive ainsi à des fréquences de résonance propres (fréquence de coupure du filtre passe-bas) inférieures aux fréquences de vibration créées par le moteur au régime de ralenti. Comme on l'a rappelé ci-dessus, le filtrage des vibrations créées par le moteur s'impose notamment aux bas régimes et lorsque l'accouplement entre moteur et mécanisme de transmission est partiel, tandis que, à haut régime, l'inertie des masses tournantes solidarisées réduit l'importance des vibrations transmises. Jusqu'ici, semble-t-il, les moyens d'attelage ont été conçus pour faire travailler en compression ou en traction des ressorts pris entre des points d'attache disposés respectivement sur les éléments à inertie primaire et secondaire, les ressorts étant alors orientés plus ou moins tangentiellement a la rotation pour engendrer un couple d'entraînement. Une conséquence de cette orientation majoritairement tangentielle est que la raideur du couple de rappel entre éléments à inertie de rotation est sensiblement constante, ou tout au moins variable dans une plage étroite. Cela se traduit par une fréquence de résonance propre sensiblement indépendante du couple transmis. Mais en outre, comme il a été observé plus haut, le filtrage des vibrations est utile notamment à bas régime moteur et transmission glissante. Or les moyens d'attelage doivent transmettre des couples relativement élevés, et être conçus pour accepter les déphasages correspondant aux couples maximaux à transmettre, ceux-ci devant par ailleurs rester limités à quelques dizaines de degrés, pour des raisons de construction faciles à saisir. A raideur quasi constante, les déphasages correspondant aux conditions de fonctionnement o le filtrage doit être le plus efficace sont d'amplitude relativement faible, et les moyens amortisseurs agissent sur des amplitudes de vibration très faibles, ce qui diminue leur efficacité. Ce qui précède fait apparaître qu'un volant double amortisseur serait particulièrement efficace si les moyens d'attelage présentaient une raideur relativement réduite à faible couple transmis, la raideur croissant considérablement avec l'accroissement du couple transmis. En considération du problème ainsi posé, l'invention a pour but la réalisation d'un volant double amortisseur comportant des moyens d'attelage dont la raideur, faible au repos, croit fortement avec le couple transmis. Pour réaliser ce but, l'invention propose un volant double amortisseur, destiné à accoupler, avec filtrage des vibrations, un mécanisme de transmission de puissance à un moteur thermique, notamment un moteur de véhicule automobile, comportant deux éléments à inertie de rotation coaxiaux, primaire et secondaire, des moyens d'attelage reliant les éléments à inertie en permettant un déphasage entre eux à l'encontre d'un couple élastique, et des moyens amortisseurs à friction en parallèle sur les moyens d'attelage, caractérisé en ce que ces moyens d'attelage comprennent au moins un organe constitué de deux paires isocèles de biellettes agencées en quadrilatère déformable avec une articulation à chaque sommet, chaque paire étant attelée à un sommet entre ses biellettes propres à l'un respectif des éléments d'inertie, tandis que des moyens de ressorts agissent entre les deux sommets o s'articulent des biellettes de l'une et l'autre paire. Une propriété d'un quadrilatère articulé présentant deux paires de côtés adjacents isocèles est que les diagonales sont orthogonales, et que les longueurs de ces diagonales varient conjointement, lorsque le quadrilatère se déforme, de façon telle qu'en première approximation, la somme de leurs carrés est constante (cela n'est strictement vrai que pour un losange). Il s'ensuit que, lorsque les diagonales sont très inégales, une variation faible de la diagonale longue induit une variation importante de la diagonale courte. En corollaire compte tenu de la conservation de l'énergie, un effort élevé suivant la diagonale longue est équilibré par un effort faible suivant la diagonale courte. Lorsqu'un ressort agit suivant une diagonale avec une raideur constante, la raideur vue suivant l'autre diagonale varie avec la longueur de cette diagonale, étant faible lorsque la diagonale est courte et élevée lorsque cette diagonale est allongée. Pour utiliser pleinement cette propriété de raideur variable pour réaliser des moyens d'attelage entre éléments à inertie d'un volant double amortisseur, les moyens de ressorts seront des ressorts de compression qui agiront à l'encontre de l'allongement de la diagonale dans laquelle ils sont disposés, de sorte que, au repos du volant, la raideur vue de l'attelage entre les éléments à inertie soit minimale. De préférence, les organes d'attelage s'articulent sur l'élément à inertie secondaire à une distance radiale différente de celle à laquelle ils s'articulent sur l'élément à inertie primaire. Cette disposition simplifie les questions de logement des organes d'attelage. De préférence également, le volant est agencé pour permettre, lorsque aucun couple n'est transmis, un alignement radial des articulations de chaque organe d'attelage sur les éléments à inertie. Cela accroît encore la variation de raideur avec le couple transmis en raison de l'angle entre la diagonale de traction et la tangente à la rotation; à l'alignement radial des articulations sur les éléments à inertie, la raideur vue suivant la diagonale de traction s 'annule. Des caractéristiques secondaires et des avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en plan d'un volant selon l'invention, en position de repos, l'élément secondaire étant enlevé; la figure 2 est une coupe du volant complet, selon le plan II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 1, en position de couple maximal transmis; la figure 4A est une vue perspective d'un organe d'attelage selon l'invention, ressorts enlevés; la figure 4B est une vue perspective du montage de ressorts qui se place dans l'organe représenté à la figure 4A. Selon la forme de réalisation de l'invention choisie et représentée aux figures 1 et 2, un volant double amortisseur se compose d'un élément à inertie de rotation primaire 1, d'un élément à inertie de rotation secondaire 2, de quatre organes d'attelage 3, 3', 3", 3''' reliant les éléments à inertie 1 et 2, et d'un amortisseur à friction 4, monté en parallèle sur les organes d'attelage. Les éléments à inertie primaire 1 et secondaire 2 et l'amortisseur à friction 4 sont en soi classiques et seront décrits brièvement. L'élément à inertie primaire i se monte sur l'extrémité du vilebrequin d'un moteur de véhicule automobile, centré par son alésage 10. A sa périphérie, il porte la couronne de démarreur 11. L'élément à inertie secondaire 2 comporte un corps 20 monté pivotant sur l'élément primaire 1 par l'intermédiaire d'un roulement 12, monté serré par sa couronne extérieure dans un alésage de l'élément secondaire 2, et tenu sur une portée cylindrique saillante de l'élément primaire 1 par une rondelle 12a. La face libre de l'élément secondaire 2 est dressée pour constituer face d'appui du disque d'embrayage 7, en tête du mécanisme de transmission. Ainsi le corps 20 constitue le plateau de réaction d'un embrayage à friction. L'amortisseur à friction 4 est constitué d'un empilement de disques engrenant alternativement sur des dentures appartenant à une coquille 4a fixée sur une couronne 13 sertie à la périphérie externe de l'élément à inertie primaire et un anneau 4b fixé à la périphérie externe d'un demi-flasque 21 riveté au corps 20 de l'élément secondaire 2 autour du logement du roulement 12. Ainsi l'un des disques engrène intérieurement avec le demi-flasque 21, en étant serré entre la couronne 13 et un deuxième disque engrenant extérieurement avec la coquille 4a, par l'action d'une rondelle élastique à poussée axiale, prenant appui sur le deuxième disque et la coquille 4a. Les organes d'attelage 3, 3', 3", 3''', répartis à espacement angulaire régulier, sont semblables entre eux, de sorte que seul l'organe 3 sera décrit en détail. On notera toutefois que, pour la clarté des dessins, la figure 2 représente l'organe 3". L'organe d'attelage 3 (ou 3", figure 2) est articulé sur l'élément à inertie primaire 1 par un pivot d'articulation 30 fixé à une extrémité dans un logement pratiqué dans l'épaisseur de l'élément 1, et tenu à son autre extrémité par la couronne 13 sertie à la périphérie externe de l'élément primaire 1. L'organe d'attelage s'articule sur l'élément secondaire 2 par un pivot 31 riveté en bout sur le demi-flasque 21. En fait, il existe deux demi-flasques 21 et 21', portant chacun deux pivots 31. L'ensemble des deux demi-flasques 21 et 21' constitue une couronne centrée sur l'axe général de rotation du volant. On notera que, au repos selon la représentation de la figure 1, les pivots 30 et 31 sont alignés radialement. Pour la description détaillée des organes d'attelage, on se référera également aux figures 4A et 4B. L'organe d'attelage 3 comprend deux paires isocèles de biellettes 34, 35 et 36, 37, isocèle signifiant que dans chaque paire, les biellettes sont de longueurs égales. La paire 34, 35 s'articule en compas sur le pivot 30, tandis que la paire 36, 37 s'articule en compas sur le pivot 31. En outre, la biellette 34 de la première paire s'articule sur la biellette 36 de la seconde paire par un axe d'articulation 32, et la biellette 35 de la première paire s'articule sur la biellette 37 de la seconde paire par un axe d'articulation 33. L'ensemble des biellettes 34, 35, 36, 37 constitue ainsi un quadrilatère articulé, proche d'un losange quoique les biellettes de la première paire 34, 35 soient un peu plus longues que les biellettes de la seconde 36, 37. A leur extrémité, les biellettes comportent des chapes alésées pour le passage des pivots. Un système de ressorts 5 dans son ensemble, travaillant en compression, sollicite en écartement la première paire de biellettes 34, 35, et, par le jeu du quadrilatère articulé, sollicite en rapprochement les pivots 30 et 31. La structure du moyen d'attelage 3 sera mieux comprise en se reportant aux figures 4A (quadrilatère articulé) et 4B (système de ressorts 5). Comme on le voit à la figure 4A, les biellettes 34 et 35 sont constituées chacune de deux lames 34a, 34b, 35a, 35b. En plan, les lames sont arquées, convexes vers l'extérieur, avec, à l'intérieur, une échancrure en arc de cercle 34c, c. En élévation, les lames 34a et 35a sont planes, tandis que les lames 34b et 35b sont, à proximité du pivot 30, déportées d'une épaisseur de lame, de sorte que les lames peuvent s'empiler sur la longueur du pivot 30, tout en ménageant entre elles, à l'emplacement des échancrures en arc de cercle, un espacement égal à deux épaisseurs de lames. Les biellettes 36 et 37 sont droites en plan, et présentent, en élévation, un déport égal à la moitié de leur épaisseur, celle-ci étant double de celles des lames 34a, 34k, 35a, 35b. Ces biellettes 36 et 37 peuvent ainsi s'empiler sur la hauteur du pivot 31, et s'insérer respectivement entre les lames 34a, 34b et 35a, 35b aux articulations sur les pivots 32 et 33. On observera que les lames 34a, 35a et 34k, 35b, ainsi que les biellettes 36 et 37 ont respectivement les mêmes formes, ce qui divise par deux le nombre de modèles de pièces. Le système de ressorts représenté figure 4A comprend deux coupelles 51 et 52, un guide cylindrique 50, deux demi-ressorts centraux 54a et 54k, et un ressort extérieur 53 (les ressorts 53, 54a et 54b sont plus visibles sur la figure 1). Le guide 50 est un tube avec une nervure transversale en saillie à mi-longueur. A la périphérie de cette nervure est soudé un tronçon de tube 50a de diamètre tel que les demi- ressorts 54a et 54b s'insèrent entre les tubes 50 et 50a jusqu'à buter sur la nervure, tandis que le ressort 53 passe autour du tube 50a. Les deux extrémités du guide 50 traversent les coupelles 51 et 52 qui présentent, sur les faces en regard, des embases de portées pour les ressorts 54a, 54b et 53, comme on le voit sur la figure 1. Les coupelles 51 et 52, sur leurs surfaces opposées aux faces en regard, comportent, de part et d'autre d'une crête 51c, 52c, dont l'épaisseur correspond à l'espacement entre les deux lames des biellettes 34 et 35, des portées cylindriques 51a, 51b et 52a, 52k, de même rayon que les échancrures 34c et c, l'axe de ces portées étant concourant avec l'axe du guide 50, qui émerge des crêtes 51c, 52c. Bien entendu, le diamètre du guide 50 est un peu inférieur à l'espacement des lames des biellettes de la première paire 34, 35. On comprend qu'avec cette structure, le système de ressorts 5, ici du type hélicoïdal, peut venir se placer entre les biellettes 34 et 35 pour les solliciter en écartement, les coupelles s'orientant, quel que soit l'angle d'ouverture du compas formé par la première paire de biellettes 34, 35, pour que les ressorts travaillent suivant leur axe. Le maintien du guide 50 entre les coupelles est obtenu grâce aux demi-ressorts 54a et 54b portant sur la nervure transversale. Le maintien des coupelles dans une direction parallèle aux axes de pivots est assuré par l'insertion des crêtes 51c, 52c entre les lames des biellettes 34 et 35. Le fonctionnement du volant double amortisseur sera décrit en comparant les figures 1 et 3, qui montrent les organes d'attelage 3, 3', 3", 3''' respectivement dans la position de repos, o aucun couple n'est transmis du moteur au mécanisme de transmission, et la position de déphasage maximal (82 pour l'exemple représenté), correspondant à l'élongation maximale de la diagonale 30, 31 qui sera dite diagonale de traction, les chapes des articulations 32 et 33 venant en contact. Comme on l'a signalé précédemment, la structure de quadrilatère articulé à côtés adjacents isocèles, proche d'un losange, a pour propriété que les diagonales varient en sens inverse, avec la somme des carrés de leurs longueurs sensiblement constante. Lorsque la diagonale de traction -31 est plus courte que la diagonale de compression 32-33, un allongement de cette diagonale induit un raccourcissement de la diagonale de compression 32-33 nettement plus faible, et la raideur vue de la diagonale de traction est plus faible que la raideur suivant la diagonale de compression, déterminée par le système de ressorts 5. En outre, le couple moteur agit sensiblement perpendiculairement à la diagonale de traction, de sorte que la raideur du couple de rappel est sensiblement plus faible que la raideur vue de la diagonale de traction. Au contraire, dans la position représentée à la figure 3, la diagonale de traction 30-31 est allongée au maximum, tandis que la diagonale de compression 32-33 est très courte; la raideur vue de la diagonale de traction est nettement supérieure à la raideur induite par le système de ressorts 5 suivant la diagonale de compression. En outre, dans cette position, le couple de rappel agit pratiquement suivant la diagonale de traction, o la raideur du couple de rappel passerait par un maximum à raideur constante suivant la diagonale de traction. Comme on l'a déjà fait observer, ces organes d'attelage à raideur progressive viennent s'insérer dans une disposition classique par ailleurs, avec un système de transmission faisant appel à des paramètres d'inertie de rotation, des paramètres de raideur, et des paramètres d'amortissement, en un arrangement de filtre passe-bas (c'est- à-dire coupe-haut pour éliminer les vibrations). Dans la pratique, les vibrations et les amplitudes différentielles de déphasage sont d'amplitude réduite par rapport au déphasage permanent ou lentement variable provoqué par la transmission de puissance au mécanisme de transmission; il est possible d'apprécier, pour chaque couple transmis déterminant un déphasage moyen, la raideur du couple de rappel et la fréquence de résonance résultante. On observera que, pour l'entraînement de l'élément à inertie secondaire 2 par l'élément à inertie primaire 1, un seul organe d'attelage conviendrait. Toutefois, s'agissant de pièces tournantes à quelques milliers de tours minute (couramment atteignant de 50 à 100 Hz), l'équilibrage est important, et on utilisera plusieurs éléments d'attelage, répartis angulairement de façon régulière. Pour des raisons d'encombrement, compte tenu que, moins les organes d'attelage seront nombreux, plus volumineux seront les ressorts, on peut admettre que le nombre optimum d'organes d'attelage est de 3 1 1 ou 4, ce dernier nombre correspondant à un déphasage maximal un peu inférieur à 90 . Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution, dans le cadre des revendications. On appréciera que les ressorts 5 ne nécessitent pas une lubrification. REVENDICATIONS 1. Volant double amortisseur, destiné à accoupler, avec filtrage de vibrations, un mécanisme de transmission de puissance à un moteur thermique, notamment moteur de véhicule automobile, comportant deux éléments à inertie de rotation coaxiaux, primaire (1) et secondaire (2), des moyens d'attelage (3) reliant les éléments à inertie (1, 2) en permettant un déphasage entre eux à l'encontre d'un couple élastique, et des moyens amortisseurs à friction (4) en parallèle sur les moyens d'attelage (3), caractérisé en ce que ces moyens d'attelage comprennent au moins un organe constitué de deux paires isocèles de biellettes (34, 35; 36, 37) agencées en quadrilatère déformable avec une articulation (30, 31, 32, 33) à chaque sommet, chaque paire étant attelée à un sommet (30, 31) entre ses biellettes propres (34, 35; 36, 37) à l'un respectif des éléments d'inertie (1, 2), tandis que des moyens de ressorts (5) agissent entre les deux sommets (32, 33) o s'articulent des biellettes (34, 36; 35, 37) de l'une et l'autre paire. 2. Volant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de ressorts (5) sont des ressorts de compression (53, 54a, 54b). 3. Volant selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les organes d'attelage (3) s'articulent sur l'élément d'inertie secondaire (2) à une distance radiale différente de celle à laquelle ils s'articulent sur l'élément primaire (1). 4. Volant selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est agencé pour permettre, lorsque aucun couple n'est transmis, un alignement radial des articulations (30, 31) de chaque organe d'attelage sur les éléments d'inertie respectivement primaire (1) et secondaire (2). 5. Volant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de ressorts (5) sont disposés entre deux biellettes d'une paire (34, 35). 6. Volant selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de ressorts comprennent au moins un ressort hélicoïdal (53, 54a, 54k) monté entre deux coupelles (51, 52) articulées sur les biellettes (34, 35) entre lesquelles ils agissent, un guide cylindrique coaxial (50) au ressort (53, 54a, 54b) traversant glissant les deux coupelles (51, 52). 7. Volant selon la revendication 6, caractérisé en ce que les biellettes de la paire (34, 35) portant les moyens de ressorts sont constituées chacune de deux lames (34a, 34b, a, 35b) globalement parallèles et distantes l'une et l'autre d'un espace suffisant pour le passage du guide de ressort (50). 8. Volant selon la revendication 7, caractérisé en ce que les coupelles (51, 52) présentent une extrémité (51a, 51b; 52a, 52k) opposée à celle sur laquelle porte le ressort en forme de segment de cylindre avec un axe concourant avec celui du guide, les lames (34a, 34b; 35a, k) constituant les biellettes de la paire portant les moyens de ressorts présentant des évidements (34c, 35c) complémentaires des segments de cylindre des coupelles. 9. Volant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte quatre organes d'attache (3, 3', 3", 3'''), répartis à espacement angulaire régulier.