Brevet FR2781028A1 — publié le 20000114

AMORTISSEUR DE VIBRATIONS S'ADAPTANT A LA VITESSE DE ROTATION Description Domaine technique L'invention concerne un amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation pour un arbre pouvant tourner autour d'un axe, comprenant une partie de moyeu sur laquelle est monté, à chaque fois dans deux dispositifs de fixation contigus dans la direction circonférentielle, un nombre de masses d'inertie contiguës dans la direction circonférentielle, lesquels dispositifs de fixation comprennent des chevilles pouvant rouler sur des chemins de came des éléments de masse d'inertie et de la partie de moyeu incurvés en sens contraire, de manière à obtenir, lors du déclenchement de vibrations torsionnelles se superposant à un mouvement de rotation, une diminution de la distance des éléments de masse d'inertie par rapport à l'axe sur le parcours de trajectoires de déplacement curvilignes. Etat de la technique Un amortisseur de vibrations de ce type s'adaptant à la vitesse de rotation est connu par le document DE 196 31 989 C1. Il se produit au niveau des arbres des machines à fonctionnement périodique, par exemple au niveau du vilebrequin d'un moteur à combustion interne, des vibrations torsionnelles se superposant au mouvement de rotation et dont la fréquence se modifie avec la vitesse de rotation de l'arbre. Pour diminuer ces vibrations torsionnelles, on peut prévoir des amortisseurs de vibrations. On dit de ces amortisseurs de vibrations qu'ils s'adaptent à la vitesse de rotation lorsqu'ils sont capables d'amortir les vibrations torsionnelles sur une gamme de vitesses de rotation relativement large et, de manière idéale, sur toute la gamme des vitesses de rotation du moteur. Les amortisseurs de vibrations en torsion reposent sur le principe selon lequel les masses d'inertie ont tendance, sous l'effet de la force centrifuge, à entourer l'axe à la plus grande distance possible lors du déclenchement d'un mouvement rotatif. Les vibrations torsionnelles qui se superposent au mouvement de rotation entraînent un mouvement relatif des éléments de masse d'inertie dans la direction radiale vers l'intérieur, ce qui a un effet d'amortissement des vibrations. L'amortisseur de vibrations a une fréquence propre proportionnelle à la vitesse de rotation, de sorte que les vibrations torsionnelles ayant des fréquences proportionnelles à la vitesse de rotation peuvent être amorties sur une large gamme de vitesses de rotation. L'inconvénient de l'amortisseur de vibrations connu s'adaptant à la vitesse de rotation réside cependant dans le fait que la longue durée de vie souhaitée., n'est pas atteinte à cause de l'usure au niveau de la paire de roulement cheville/chemins de came. Présentation de l'invention L'invention a pour but de perfectionner un amortisseur de vibrations connu s'adaptant à la vitesse de rotation de manière à pouvoir obtenir une durée de vie et une fiabilité particulièrement élevées. Ce but est atteint, avec un amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation du type mentionné au début, en faisant en sorte que les chevilles possèdent, à chaque fois, une enveloppe entourant un espace creux qui est vide ou rempli d'un matériau ayant une densité inférieure à celle de l'enveloppe. Grâce à cette exécution, on obtient une durée de vie et une fiabilité de I'amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation qui sont nettement plus élevées. Lors d'un mouvement relatif de la masse d'inertie par rapport à la partie de moyeu, la cheville roule sur les chemins de came de la partie de moyeu et de la masse d'inertie. La force de pression sur la paire de roulement cheville/chemins de came est déterminée essentiellement par la vitesse de rotation de l'arbre en rotation. Grâce à l'exécution selon l'invention, la cheville peut suivre plus facilement le mouvement relatif de la masse d'inertie et de la partie de moyeu, de manière à éviter que la cheville exécute un mouvement de glissement par rapport aux chemins de came incurvés au lieu d'un mouvement de roulement. Un avantage surprenant de cette exécution réside dans le fait que le modèle selon l'invention permet, afin d'augmenter encore la durée de vie, d'utiliser des lubrifiants entre la cheville et les chemins de came, lesquels lubrifiants diminuent le coefficient de frottement au niveau de la paire de roulement cheville/chemins de came. Un coefficient de frottement aussi bas augmente fondamentalement le risque de glissement de la cheville car la force tangentielle au niveau des points de contact cheville/chemins de came est diminuée du fait de l'utilisation du lubrifiant. Ceci peut toutefois être compensé de manière avantageuse grâce à la présente invention. On augmente encore la durabilité de l'amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation en entourant l'enveloppe d'une couche, résistante à l'usure. La fabrication de la cheville est particulièrement simplifiée grâce au fait que l'enveloppe de la cheville est formée par un tube. Selon une exécution avantageuse de l'invention, il est prévu que l'espace creux soit pourvu de nervures raidisseuses saillantes. Grâce à ces nervures, la cheville a une stabilité plus élevée tout en ayant un poids réduit. Dans un perfectionnement de l'idée de cette invention, on peut prévoir que les nervures raidisseuses s'étendent parallèlement à la direction longitudinale de la cheville. La fabrication d'une cheville de ce type est particulièrement simple et économique. D'autre part, on obtient une stabilité particulièrement grande en faisant en sorte que les nervures raidisseuses s'étendent transversalement par rapport à la direction longitudinale de la cheville. La fabrication, notamment, est encore simplifiée en faisant en sorte que les nervures raidisseuses forment une partie d'au moins un élément raidisseur inséré dans l'espace creux. Avec cette exécution, on peut obtenir encore une augmentation de la stabilité de la cheville en faisant en sorte que l'élément raidisseur situé dans l'espace creux de la cheville soit soumis à une précontrainte, de manière à ce que l'élément raidisseur exerce sur l'enveloppe de la cheville une force agissant de manière radiale vers l'extérieur. Selon une exécution avantageuse, il est prévu que l'élément raidisseur soit formé par au moins une bague ou une hélice. On obtient également une stabilité particulièrement grande de la cheville, tout en la dotant d'un poids réduit, en faisant en sorte que la bague ou l'hélice soit pourvue, dans au moins une zone partielle, d'un profil rectangulaire disposé transversalement à la direction longitudinale de la cheville. La résistance de la cheville à une charge de pression est encore améliorée en faisant en sorte que le matériau dans l'espace creux soit essentiellement indéformable. En tant que matériaux, on considère notamment, selon l'invention, la résine époxy, les comprimés frittés en métal, I'aluminium moussé, la résine phénolique, la porcelaine et la céramique industrielle. Ces matériaux ont une densité réduite par rapport à l'enveloppe, qui peut être formée par exemple d'un acier à résistance élevée, et augmentent la résistance de la cheville grâce à leur grande résistance à la déformation. On utilise, de préférence, des matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique semblables, de manière à ce que les tensions induites par les variations de température dans la cheville soient réduites. Le but assigné à l'invention est atteint, avec un amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation du type mentionné au début, en faisant également en sorte que les chevilles puissent rouler sur des chemins de roulement qui sont graissés avec un fluide de traction. L'utilisation de fluides de traction est connue pour les engrenages à friction. En utilisant un tel lubrifiant dans un amortisseur de vibrations, on augmente la durée de vie de l'amortisseur de vibrations d'une manière étonnante. D'une part, il assure un graissage suffisant au niveau de la paire de roulement cheville/chemin de came, un glissement de la cheville sur les chemins de came étant toutefois évité de manière sûre. On obtient une amélioration supplémentaire en faisant en sorte que la viscosité du fluide de traction augmente brusquement sous l'effet de la pression. Par ce moyen, on obtient, au niveau de la paire de roulement cheville/chemin de came, o règne une pression élevée pendant le fonctionnement, un coefficient de frottement qui garantit que la cheville exécute un mouvement de roulement. Il s'est avéré particulièrement avantageux que le fluide de traction contienne une huile synthétique du type des hydrocarbures cycloaliphatiques. Une exécution particulièrement avantageuse de l'invention peut également être obtenue en faisant en sorte que les chevilles soient pourvues de premiers moyens auxiliaires qui, pour empêcher un glissement circonférentiel et/ou des déplacements relatifs dans la direction axiale, peuvent s'engrener dans des seconds moyens auxiliaires des chemins de came ayant une forme correspondante. Grâce à l'engrènement des moyens auxiliaires, on garantit que la cheville exécute un mouvement rotatif. Les premiers et seconds moyens auxiliaires peuvent être formés par l'engrènement de saillies et de rainures. Celles-ci peuvent être exécutées, par exemple, en tant que denture entre la cheville et les chemins de came. Une exécution particulièrement avantageuse est obtenue en faisant en sorte que les saillies soient en contact avec les rainures dans la région de surfaces coniques. Brève description des dessins L'objet de l'invention est expliqué de manière détaillée ci-dessous en se référant aux dessins, dans lesquels: La Figure 1 est une vue de dessus d'une cheville selon l'invention, La Figure 2 est une vue longitudinale de la cheville selon l'invention de la Figure 1, La Figure 3 est une vue de dessus d'une autre forme d'exécution d'une cheville selon l'invention, La Figure 4 est une vue longitudinale d'une autre forme d'exécution d'une cheville selon l'invention, La Figure 5 est une vue de face d'un amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation, La Figure 6 est une vue en coupe d'un amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation, et La Figure 7 est une vue en coupe d'une forme d'exécution supplémentaire d'une cheville selon l'invention. Exécution de l'invention Les Figures 1 et 2 représentent une cheville 1 avec une enveloppe 3 qui entoure un espace creux 5. L'enveloppe 3 est un tube fabriqué en acier à résistance élevée, pourvu d'une section transversale circulaire. L'intérieur de l'enveloppe 3 tubulaire ouverte sur les deux côtés limite l'espace creux 5. Dans l'espace creux 5 est placé un matériau 7 qui a une densité inférieure à celle de l'enveloppe 3. On utilise, en tant que matériau 7 dans l'espace creux 5, un matériau essentiellement indéformable. On citera notamment, selon l'invention, la résine époxy, des comprimés frittés en métal, de l'aluminium moussé, de la résine phénolique, de la porcelaine et de la céramique industrielle. Grâce à ces matériaux, I'enveloppe 3 de la cheville 1 peut être supportée dans la direction radiale de la cheville 1, grâce à quoi la stabilité de la cheville 1 peut être augmentée. En même temps, le poids de la cheville 1 est diminué grâce au fait que le matériau 7 a une densité inférieure à celle de l'enveloppe 3. Pour fabriquer la cheville 1 remplie du matériau 7 non compressible, l'espace creux 5 peut être scellé avec le matériau 7, par exemple avec de la résine époxy. Mais il est possible également de poser à chaud l'enveloppe tubulaire 3 de la cheville 1 sur un morceau de matériau préparé, par exemple en porcelaine ou en céramique. De cette manière, on peut produire une précontrainte dans la cheville 1, laquelle précontrainte a un effet positif sur la durée de vie de la cheville 1. Le côté extérieur de l'enveloppe 3 est pourvu d'une couche 9 résistante à l'usure. Grâce à cette couche, on peut réduire à un minimum l'usure de la cheville 1. La couche peut être formée par une couche dure par exemple. Dans la forme d'exécution d'une cheville 1 selon l'invention représentée dans la Figure 3, on prévoit sur le côté intérieur de l'enveloppe 3 de forme tubulaire des nervures raidisseuses 11 qui font saillie dans l'espace creux 5. Les nervures raidisseuses 11 augmentent la stabilité de la cheville 1 vis-à-vis de la pression et des efforts de flexion. Les nervures raidisseuses 11 s'étendent parallèlement à la direction longitudinale de la cheville 1, sur toute la longueur de cette dernière. Mais les nervures raidisseuses 11 peuvent également être orientées transversalement par rapport à la direction longitudinale de la cheville 1. La Figure 4 est une vue longitudinale d'un demi-côté d'une cheville 1, o l'enveloppe 3 est également de forme tubulaire. Dans l'espace creux 5 est inséré un nombre d'éléments raidisseurs 13 qui augmentent la stabilité de l'enveloppe 3 dans la direction radiale. Les éléments raidisseurs 13 sont pourvus, comme l'espace creux 5, d'une section transversale circulaire et sont exécutés de manière à avoir la forme d'un pot. Pour maintenir les éléments raidisseurs 13 dans l'espace creux 5, on les met en appui sur l'enveloppe 3 en leur faisant subir une déformation élastique. Mais ils peuvent également être exécutés, selon l'invention, en tant que bague ou en tant qu'hélice. De manière avantageuse, une telle bague, ou l'hélice, est pourvue, dans au moins une zone partielle, d'un profil rectangulaire disposé transversalement à la direction longitudinale de la cheville 1. La Figure 5 montre un amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation pour un arbre (non représenté) pouvant tourner autour d'un axe 15, qui comprend une partie de moyeu 17 et un nombre de masses d'inertie 19 contiguës dans la direction circonférentielle. La partie de moyeu 17 est pourvue à chaque fois, pour chaque masse d'inertie 19, de deux dispositifs de fixation 21 contigus dans la direction circonférentielle pour monter les masses d'inertie 19 sur la partie de moyeu 17. Chaque dispositif de fixation 21 est formé par un creux 23 dans la partie de moyeu 17 et une cheville 1 qui est reçue dans le creux. Avec cette exécution, la cheville 1, dont l'axe longitudinal est parallèle à l'axe 15 de la 3 0 partie de moyeu 17, s'étend dans un creux 25 exécuté en tant que découpure dans la masse d'inertie 19. La partie de moyeu 17 est pourvue d'un chemin de came 27 limitant le creux 23 et l'élément 2 de masse d'inertie est pourvu d'un chemin de came 29 limitant le creux 25. Les chemins de came 27, 29 et la cheville 1 sont exécutés et disposés de manière à ce que les masses d'inertie 19 puissent se déplacer par rapport à la partie de moyeu 17 en exécutant un mouvement pendulaire. Lors de ce mouvement, la cheville 1 roule sur les chemins de came 27, 29 qui sont incurvés en sens contraire. Avec cette exécution, le chemin de came 27 dans la partie de moyeu 17 est tourné en direction de l'axe 15 tandis que le chemin de came 29 dans la masse d'inertie 19 est dirigé vers l'extérieur, loin de I'axe 15. Lors de l'apparition d'une vibration torsionnelle se superposant à un mouvement de rotation de l'arbre, les masses d'inertie 19, quittant leur position moyenne représentée dans la Figure 5, sont déplacées par rapport à la partie de moyeu 17 le long d'une trajectoire de déplacement curviligne qui est déterminée par les chemins de came 27, 29 et la cheville 1. On assiste de cette manière à une réduction de la distance du barycentre des masses d'inertie 19 par rapport à l'axe 15. Les forces exercées à ce moment par les masses d'inertie 19 sur la partie de moyeu 2 par le biais des chemins de came 27, 29 ont pour effet un amortissement des vibrations. Cet amortissement est optimal lorsque la fréquence d'excitation correspond, pour une vitesse de rotation donnée, à la fréquence propre d'amortissement. La fréquence propre d'amortissement change alors de manière proportionnelle à la vitesse de rotation de l'arbre. Les masses d'inertie 19 sont pourvues en outre, dans le creux 25, de guides 31 opposés aux chemins de came 29, de sorte que le creux 25 prend la forme d'un U tourné de manière à s'éloigner de l'axe 15. Des guides 33 correspondants opposés aux chemins de came 27 sont également formés dans le dispositif de fixation 21 de la partie de moyeu 17 (voir Figure 6). Les chemins de came 27, 29 et les guides 31, 33 sont des parties constituantes d'insertions 41, 43 qui sont logées dans la partie de moyeu 17 resp. les masses d'inertie 19 de manière imperdable. Les insertions 41, 43 peuvent également être insérées d'abord de manière amovible puis collées avec la partie de moyeu 17 resp. les masses d'inertie 19 avec la formation ultérieure de la couche 45, 47 portant les guides 31, 33. La vue en coupe le long de l'axe 15, montrée dans la Figure 6, explique la disposition et le montage des masses d'inertie 19 sur la partie de moyeu 17. Dans la forme d'exécution représentée dans la Figure 6, les masses d'inertie 19 sont disposées de manière contiguë et jumelée sur les deux côtés dans le sens axial dans la partie de moyeu. Mais il est possible également de disposer les masses d'inertie 19 de manière à ce que la partie de moyeu 17 les entoure sur les deux côtés dans le sens axial. La partie de moyeu 17 externe qui forme les dispositifs de fixation 21 est fermée par des caches 35 étanchéifiés par rapport à la partie de moyeu 17, de manière à former une chambre 37. Un lubrifiant est contenu dans la chambre 37. Ce lubrifiant parvient, en passant notamment à travers des passages 39 formés dans les masses d'inertie 19, à la cheville 1 et aux chemins de came 27 et 29 sur lesquels cette dernière roule. La chambre 37 est remplie pour une part réduite seulement de lubrifiant de manière à ne pas gêner le mouvement pendulaire des masses d'inertie 19 par rapport à la partie de moyeu 17 au point de provoquer une altération importante de l'effet d'amortissement des vibrations. On utilise, en tant que lubrifiant pour les chemins de came 27, 29, un fluide de traction dont la viscosité augmente brusquement sous l'effet de la pression. Par ce moyen, on garantit que la cheville n'exécute pas de mouvement de glissement sur les chemins de came entraînant une usure prématurée. On peut utiliser, en tant que fluide de traction, une huile synthétique du type des hydrocarbures cyclo-aliphatiques. Grâce à cette utilisation selon l'invention du lubrifiant, la durée de vie de l'amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation est considérablement augmentée. La Figure 7 est une représentation schématique d'une autre forme d'exécution d'une cheville 1 selon l'invention, avec une coupe du chemin de came 29. La cheville 1 est pourvue de premiers moyens auxiliaires 49 qui peuvent s'engrener dans des seconds moyens auxiliaires 51 des chemins de came 27, 29 ayant une forme correspondante afin d'empêcher un glissement circonférentiel et/ou des déplacements relatifs dans la direction axiale. Les premiers et seconds moyens auxiliaires 49, 51 sont exécutés en tant que saillies et rainures qui s'engrènent. Celles-ci peuvent être exécutées par exemple en tant que denture d'engrènement des chemins de came 27, 29 et de la cheville 1, représentée par des lignes en traits et points dans la Figure 7. Avec cette exécution, la cheville 1 et les chemins de came 27, 29 peuvent être exécutés de manière à ce que les saillies soient en contact avec les rainures seulement dans la région de surfaces coniques. REVENDICATIONS 1. Amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation pour un arbre pouvant tourner autour d'un axe (15), comprenant une partie de moyeu (17) sur laquelle est monté, à chaque fois dans deux dispositifs de fixation (21) contigus dans la direction circonférentielle, un nombre de masses d'inertie (19) contiguës dans la direction circonférentielle, lesquels dispositifs de fixation comprennent des chevilles (1) pouvant rouler sur des chemins de came (27, 29) des masses d'inertie (19) et de la partie de moyeu (17) qui sont incurvés en sens contraire, de manière à obtenir, lors du déclenchement de vibrations torsionnelles se superposant à un mouvement de rotation, une diminution de la distance des masses d'inertie (19) par rapport à l'axe (15) sur le parcours de trajectoires de déplacement curvilignes, caractérisé en ce que les chevilles (1) possèdent, à chaque fois, une enveloppe (3) entourant un espace creux (5) qui est vide ou rempli d'un matériau (7) ayant une densité inférieure à celle de l'enveloppe (3). 2. Amortisseur de vibrations selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (3) est entourée d'une couche (9) résistante à l'usure. 3. Amortisseur de vibrations selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enveloppe (3) de la cheville (1) est formée par un tube. 4. Amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'espace creux (5) est pourvu de nervures raidisseuses (11) saillantes. 5. Amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation selon la revendication 4, caractérisé en ce que les nervures raidisseuses (11) s'étendent parallèlement à la direction longitudinale de la cheville (1). 6. Amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation selon la revendication 4, caractérisé en ce que les nervures raidisseuses s'étendent transversalement par rapport à la direction longitudinale de la cheville. 7. Amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les nervures raidisseuses (11) forment une partie d'au moins un élément raidisseur (13) inséré dans l'espace creux (5). 8. Amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément raidisseur (13) est formé par au moins une bague ou une hélice. 9. Amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation selon la revendication 8, caractérisé en ce que la bague ou l'hélice est pourvue, dans au moins une zone partielle, d'un profil rectangulaire disposé transversalement à la direction longitudinale de la cheville (1). 10. Amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le matériau (7) dans l'espace creux (5) est essentiellement indéformable. 11. Amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les chevilles (1) peuvent rouler sur des chemins de came (27, 29) qui sont graissés avec un fluide de traction. 12. Amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation selon la revendication 11, caractérisé en ce que la viscosité du fluide de traction augmente brusquement sous l'effet de la pression. 13. Amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation selon l'une des revendications 11 à 12, caractérisé en ce que le fluide de traction contient une huile synthétique du type des hydrocarbures cyclo- aliphatiques. 14. Amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les chevilles (1) sont pourvues de premiers moyens auxiliaires (49) qui peuvent s'engrener dans des seconds moyens auxiliaires (51) des chemins de came (27, 29) ayant une forme correspondante afin d'empêcher un glissement circonférentiel et/ou des déplacements relatifs dans la direction axiale. 15. Amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation selon la revendication 14, caractérisé en ce que les premiers et seconds moyens auxiliaires (49, 51) sont formés par des saillies et des rainures qui s'engrènent. 16. Amortisseur de vibrations s'adaptant à la vitesse de rotation selon la revendication 15, caractérisé en ce que les saillies sont en contact avec les rainures dans la région de surfaces coniques.