Brevet FR2794828A1 — publié le 20001215

Dispositif d'amortissement par lame composite d'une pièce mécanique La présente invention se rapporte au domaine technique des dispositifs d'amortissement de pièces mécaniques. Plus précisément, elle concerne un dispositif d'amortissement d'une pièce mécanique présentant au moins une fréquence de résonance à laquelle elle est susceptible d'être excitée. Le confort acoustique du conducteur, ou des passagers d'un véhicule automobile est un facteur prenant une importance grandissante lors de la conception du véhicule. Les pièces mécaniques de carrosserie dans la zone d'accueil du groupe motopropulseur, tels que le support de la boîte de vitesse ou le support moteur, ont un rôle primordial pour ce confort acoustique. En effet, la résonance de ces pièces mécaniques peut générer une forte amplitude vibratoire de la caisse, et, par conséquent, un fort niveau sonore dans l'habitacle. Pour améliorer le confort acoustique du conducteur et des passagers du véhicule, deux axes d'action sont actuellement envisagés. Le premier consiste à déplacer la fréquence de résonance de ces pièces mécaniques dans une bande de fréquence moins gênante pour les occupants de l'habitacle. Pour cela, il est possible d'ajouter une, ou plusieurs, masses ponctuelles sur les pièces mécaniques en question, ou bien d'en augmenter la rigidité. Toutefois, avec de telles méthodes, il est souvent difficile de trouver un compromis pour éviter des zones critiques de bruit. De plus, ces méthodes engendrent un surcoût non négligeable, lié à des difficultés d'implantation. Un second axe d'action consiste à diminuer l'amplitude de la résonance de la pièce mécanique. Pour cela, différents systèmes d'amortissement peuvent être utilisés. Dans le domaine de l'automobile, le matériau amortissant habituel est un insonorisant en feuille fusible, dont on revêt les pièces mécaniques à traiter. Néanmoins, de tels matériaux s'avèrent insuffisants pour des pièces mécaniques massives ou de fortes épaisseurs, ce qui est justement le cas des supports de moteur ou de boîte de vitesse. La présente invention vis à diminuer, de façon simple, l'amplitude vibratoire à la résonance d'une pièce mécanique, notamment une pièce mécanique de forte épaisseur. Dans ce but, elle propose un dispositif d'amortissement d'une pièce mécanique présentant au moins une fréquence de résonance à laquelle elle est susceptible d'être excitée, caractérisé en ce qu'il comporte une lame fixée sur ladite pièce, par laquelle se dissipe l'énergie issue de la résonance de ladite pièce. Selon une autre caractéristique de l'invention, les trois premiers modes de résonances de la lame présentent des fréquences inférieures à la fréquence de résonance de la pièce mécanique. Selon une autre caractéristique de l'invention, une fréquence de résonance de la lame est proche de la fréquence de résonance de la pièce mécanique. Selon une autre caractéristique de l'invention, la lame est constituée de plusieurs couches métalliques séparées par une matière viscoélastique. Selon une autre caractéristique de l'invention, la lame est constituée d'un matériau visqueux dont les deux faces opposées sont précontraintes. Selon une autre caractéristique de l'invention, la lame est fixée sur la pièce mécanique au niveau où l'amplitude de vibration de la pièce mécanique à la résonance est maximale. Selon une autre caractéristique de l'invention, la lame est fixée à une extrémité sur la pièce mécanique, l'autre extrémité étant laissé libre. Selon une autre caractéristique de l'invention, la lame est fixée à une extrémité sur la pièce mécanique, la seconde extrémité étant fixée sur un élément autre que la pièce mécanique à traiter Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de fixation comportent des vis ou des rivets. Selon une autre caractéristique de l'invention, une partie d'une surface de la lame est collée sur la pièce mécanique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre de deux modes de réalisation, donnés à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la rigure 1 représente schématiquement le dispositif selon l'invention, selon un premier mode de réalisation, implanté sur un support de boîte de vitesse, - la rigure 2 représente un détail de la structure du dispositif selon l'invention, - la figure 3 représente schématiquement le dispositif selon l'invention, selon un second mode réalisation, implanté sur un support de boîte de vitesse, - la figure 4 représente, superposée sur un même graphe, l'inertance d'un support de boîte de vitesse seul, et celle de l'ensemble formé par le support de boîte de vitesse et du dispositif selon l'invention, - la figure 5 représente, superposé sur un même graphe, le transfert bruit pour un support de boîte de vitesse seul, et celui pour l'ensemble formé par le support de boîte de vitesse et du dispositif selon l'invention. Un support de boîte de vitesse 1, représenté sur la figure 1, est situé dans la zone d'accueil du groupe motopropulseur d'un véhicule automobile. Il est fixé sur un longeron 2 au moyen de plusieurs vis 3. Ce support de boîte de vitesse 1 comporte différents logements 4, 5, 6, destinés à recevoir les moyens de fixation soit directement de la boîte de vitesse du véhicule, ou plus généralement, d'une pièce intermédiaire entre la boîte de vitesse et le 1 support de boîte 1. Une lame 7 (représentée en pointillé) est montée sur le support de boîte 1 par des moyens de fixation 8. Ces moyens de fixation 8 peuvent consister en des vis ou des rivets. Un collage peut venir compléter la fixation de la lame 7. La lame 7 a une fon-ne sensiblement parallèlépipédique. Elle peut être constituée d'une tôle sandwich multicouches, qui se compose, par exemple, de plusieurs lamelles d'acier 9 (représentés en trait plein sur la figure 2) séparées par une couche d'un matériau viscoélastique 10 tel qu'un polymère. Elle peut aussi consister en un simple unique matériau visqueux avec deux couches contraintes sur les faces opposées. La lame 7 est fixée sur le support de boîte 1 à proximité d'un des logements 4,5 destinés à la fixation de la boîte de vitesse, ou de la pièce intermédiaire entre le support 1 et la boîte de vitesse. Dans ce premier mode de réalisation de l'invention, l'extrémité de la lame 7 non fixée sur.le support de boîte 1 est laissée libre. La lame 7 peut être pliée, en particulier pour tenir compte de la présence des pièces autour du support 1, ou bien, si la place nécessaire est disponible, être laissée plane. Typiquement, la larg ,eur de la lame 7 est de l'ordre de 60 mm tandis que sa longueur peut varier de 200 mm à 300 mm. La figure 3 représente un second mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, la lame 7 est fixée à une extrémité, au moyen de vis ou de rivets 8, comme pour le premier mode de réalisation, au support de boîte de vitesse 1. La seconde extrémité de la lame 7 est fixée à un élément de la carrosserie du véhicule automobile, par exemple une tôle 11 située sur le flanc de la chapelle. Cette seconde fixation 12 peut être réalisée par vissage ou rivetage. Dans ce second mode de réalisation , la lame est pliée de façon à placer sa seconde extrémité en vis-à-vis de la tôle 11. Par exemple, elle peut être pliée une première fois, à angle droit, sensiblement au premier tiers de sa longueur, et une seconde fois, encore à angle droit, pour venir s'appuyer sur la tôle 11. Le support de boîte 1 est caractérisé par deux types de courbes, représentées sur les figures 4 et 5. Sur la figure 4, en trait continu, est représenté l'inertance du support de boîte 1 seul, et en trait pointillé, l'inertance d'un support 1 de boite de vitesse équipé d'une lame composite 7. L'inertance est déterminée pratiquement de la façon suivante. On excite la structure avec un marteau, ou un pot vibrant, et on mesure simultanément l'effort appliqué et l'accélération obtenue. L'inertance correspond au rapport entre l'accélération et l'effort appliqué. Dans la détermination de l'inertance, le point de mesure de l'entrée des efforts et celui de l'accélération sont très proches l'un de l'autre. L'inertance est représentée selon l'axe des fréquences. Pour la figure 4, le point considéré est situé près des logements 4 ou 5, qui pratiquement correspond aux zones du support de boîte 1 susceptibles de présenter les amplitudes vibratoires les plus importantes. Sur la figure 5 est représenté, en trait continu, la courbe du transfert de bruit du support de la boîte de vitesse 1 seul, et en trait pointillé, la courbe de transfert bruit d'un support 1 de boite de vitesse équipé d'une lame composite 7. Cette courbe représente la mesure de la pression acoustique (en des points déterminés par des normes) résultants d'un effort unitaire appliqué en un point choisi du support de boîte 1. Pratiquement, on excite la structure avec un marteau ou un pot vibrant, et on mesure la pression, en pascal, de points (situés par exemple dans l'habitacle) au moyen d'un microphone. Le transfert de bruit correspond au rapport entre le bruit et la force appliquée. Il est représenté dans un repère fréquentiel. Pour les courbes d'inertance et de transfert de bruit, on utilise des échelles logarithmiques qui permettent de représenter l'amplitude d'une grandeur physique de façon à écraser les valeurs élevées, et amplifier les valeurs faibles. Pour une pièce mécanique, un mode propre correspond à une déformée pour laquelle les forces d'inertie et les forces élastiques s'équilibrent à une fréquence appelée ftéquence propre. La courbe d'inertance permet de se représenter le comportement vibratoire d'une structure, tandis que la courbe de transfert bruit donne davantage une idée quant au confort sonore des occupants d'un véhicule automobile. Une structure de géométrie relativement simple comme une lame présente des modes de résonances relativement espacés et identifiables. Une structure complexe comme le support de boîte de vitesse 1 présente de nombreux modes de résonance qui apparaissent sur la courbe représentée sur la figure 4 comme des pics d'inertance. Ils peuvent être peu espacés les uns des autres, et on obtiendra alors des pics sensiblement émoussés, pouvant difficilement être séparés les uns des autres. Au niveau de la courbe de transfert bruit, dans le domaine automobile, l'attention est portée de façon privilégiée pour les fréquences allant de 400 Hz à 800 Hz, qui sont les fréquences les plus désagréables pour un occupant du véhicule. Une valeur élevée du transfert bruit dans cette plage de fréquence est donc très pénalisante pour le confort sonore des occupants du véhicule. La courbe d'inertance du support de boîte de vitesse seul fait apparaître un pic de résonance vers 450 Hz, le transfert bruit étant maximal autour de cette fréquence. Les figures montrent que la lame composite apporte de 3 à 10 décibels de gain sur l'inertance entre 400 et 600 Hz et presque autant sur le transfert bruit. La courbe d'inertance fait apparaître que la présence de la lame composite fait peu varier l'allure générale de Vinertance, ce qui signifie que les modes de résonance de l'ensemble support de boîte de vitesse/lame composite sont peu différents de ceux du support de boîte de vitesse seul. Par contre, l'amplitude de ces modes est fortement diminuée, ce qui se traduit par un transfert de bruit moindre, et donc, pour les occupants du véhicule automobile, par un gène sonore réduite. La demanderesse a pu mettre en évidence que dans le but d'obtenir une diminution de l'inertance de l'ensemble support de boîte/lame la plus importante possible pour des fréquences pouvant occasionner une gène pour les occupants du véhicule, la longueur de la lame doit présenter certaines propriétés. La lame doit, soit présenter au moins trois modes de résonances inféneures à la fréquence de résonance de la pièce que l'on souhaite traiter, soit, si la première condition n'est pas respectée, posséder un mode proche du mode de résonance de la pièce à traiter. Les modes d'une lame composite sont en grande partie dépendant du rapport entre la longueur de la lame et sa largeur, l'épaisseur de la lame étant un facteur moins influant. Ainsi, dans le cas d'un support de boîte de vitesse, le type de lame utilisé présente une largeur de l'ordre de 60 mm pour une longueur de l'ordre de 300. L'épaisseur de la lame peut varier de 1 à 3 mm. La lame composite fonctionne comme un absorbeur d'éner-ie, vers C lequel est dirigée l'énergie de pièce en état de résonance, cette énergie se dissipant lors de sa propagation à travers la lame. C La lame peut présenter une forme autre que parallèlépipédique. En particulier, la lame peut présenter des bords arrondis, ou une allure sensiblement ellipsoïdale, le facteur important étant le rapport entre la long gueur et la largeur moyenne de la lame. La réalisation de la fixation de la lame sur la pièce à traiter doit optimiser le passage du flux d'énergie entre ces deux composants. Il est donc préférable d'associer à une liaison mécanique, rivetée ou vissée, un collage de surface. D'une façon générale, la lame doit être fixée à l'endroit où l'amplitude vibratoire est maximale à la résonance de la pièce à traiter. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. Ainsi, l'utilisation de la lame composite comme amortisseur peut- elle s'étendre à d'autres composants mécaniques du véhicule automobile, tel que le support moteur. Elle peut concerner toutes pièces mécaniques susceptibles de présenter des modes de résonances que l'on souhaite amortir et sur lesquelles la fixation d'une lame composite est envisageable. REVENDICATIONS I.Dispositif d'amortissement d'une pièce mécanique (1), notamment un support (1) de boîte de vitesse, présentant au moins une fréquence de résonance à laquelle elle est susceptible d'être excitée, caractérisé en ce qu'il comporte une lame (7), rendue solidaire de ladite pièce mécanique (1), par des moyens de fixation (8), et par laquelle se dissipe l'énergie issue de la résonance de ladite pièce mécanique (1). 2.Dispositif d'amortissement d'une pièce mécanique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trois premiers modes de résonances de la lame (7) présentent des fréquences inférieures à la fréquence de résonance de la pièce mécanique (1). 3.Dispositif d'amortissement d'une pièce mécanique (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une fréquence de résonance de la lame (7) est proche de la fréquence de résonance de la pièce mécanique M. 4.Dispositif d'amortissement d'une pièce mécanique (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la lame (7) est constituée par plusieurs couches métalliques (9) séparées par une matière viscoélastique (10). 5.Dispositif d'amortissement d'une pièce mécanique (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la lame (7) est constituée d'un matériau visqueux dont les deux faces opposées sont précontraintes. 6.Dispositif d'amortissement d'une pièce mécanique (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la lame (7) est fixée sur la pièce mécanique (1) au niveau où l'amplitude de vibration de la pièce mécanique (1) à la résonance est maximale. 7.Dispositif d'amortissement d'une pièce mécanique (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la lame (7) est fixée à une extrémité sur la pièce mécanique (1), l'autre extrémité étant laissée libre. & Dispositif d'amortissement d'une pièce mécanique (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la lame (7) est fixée à une extrémité sur la pièce mécanique (1), la seconde extrémité étant fixée sur un élément (l 1) autre que la pièce mécanique (1). 9.Dispositif d'amortissement d'une pièce mécanique (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens de fixation (8) comportent des vis ou des rivets (8). 10.Dispositif d'amortissement d'une pièce mécanique (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caracténisé en ce les moyens de fixation (8) comportent un zone de collage entre la lame (7) et la pièce mécanique (1).