Brevet FR2801647A1 — publié le 20010601

-1 Dispositif de fixation d'une hélice de ventilateur sur un arbre moteur L'invention concerne un dispositif pour la fixation d'une hélice de ventilateur sur un arbre propre à être entraîné en rotation par un moteur. Un dispositif de fixation de ce type trouve une application particulière aux équipements des véhicules automobiles, et notamment à la fixation d'une hélice d'un groupe moto- ventilateur. Un tel groupe permet d'accélérer la vitesse d'un flux d'air qui traverse, par exemple, le radiateur servant au refroidis- sement d'un moteur de véhicule automobile. Habituellement, une telle hélice, aussi appelée turbine, comprend un moyeu, encore appelé "bol", dont dépendent une pluralité de pales qui s'étendent radialement vers l'exté- rieur. Ces pales ont des extrémités extérieures qui sont soit libres, soit de préférence réunies par un anneau profilé, encore appelé "virole". Généralement, une telle hélice est réalisée par moulage d'une matière plastique, par exemple en polyamide chargé, et elle est fixée sur l'arbre moteur par des moyens de fixation du type vis-écrou avec interposition d'un accouplement élastique réalisé sous la forme d'une bague en matériau élastomère ou analogue. Ces moyens de fixation connus ont toutefois pour inconvénient de ne pas réduire suffisamment les phénomènes parasites de balourd qui se produisent lorsque le centre de gravité de l'hélice ne se trouve pas sur l'axe de rotation de l'arbre moteur. Ces phénomènes de balourd proviennent essentiellement de la rigidité et de la géométrie de la liaison entre l'hélice et l'arbre moteur. En particulier, il a été constaté que la bague en matériau élastomère a tendance à vieillir avec le temps et à perdre ses propriétés élastiques. Il en résulte des niveaux de balourd élevés qui génèrent des vibrations à des fréquences de rotation données, ainsi qu'une diminution de la fiabilité des parties mobiles. En outre ces dispositifs de fixation connus ont pour inconvé- nient de nécessiter un outillage pour la fixation de l'héli- ce, ce qui complique l'assemblage et la fabrication. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- nients précités. Elle vise en particulier à procurer un dispositif de fixation d'une hélice sur un arbre moteur qui permet d'éliminer les vibrations de l'hélice en diminuant les niveaux de balourd. L'invention vise aussi à procurer un dispositif de fixation de ce type qui conserve ses propriétés dans le temps. Elle vise également à procurer un tel dispositif de fixation qui permet une mise en place efficace et rapide de l'hélice sur l'arbre moteur, sans nécessiter un outillage particulier. L'invention propose à cet effet un dispositif de fixation d'une hélice de ventilateur sur un arbre moteur, lequel comprend un moyeu d'entraînement solidaire de l'arbre et propre à servir d'appui à un moyeu de l'hélice, ainsi qu'une bague d'arrêt enfilée autour de l'arbre et munie de moyens élastiques de rappel, de manière à solliciter élastiquement le moyeu de l'hélice contre le moyeu d'entraînement. Il en résulte que l'hélice est assemblée et maintenue axialement par une bague d'arrêt douée de propriétés élasti- ques, et par l'intermédiaire d'un moyeu d'entraînement qui est solidaire de l'arbre du moteur. Lors de la rotation de l'hélice, et sous les effets dynami- ques transmis à la structure de l'hélice, la bague d'arrêt, du fait de ses propriétés élastiques, se déforme et encaisse les efforts ce qui permet de recaler l'axe principal d'iner- tie de l'hélice sur l'axe principal d'inertie de l'arbre moteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyeu d'entraînement est fixé rigidement sur l'arbre. Avantageusement, le moyeu d'entraînement est propre à s'encastrer au moins en partie dans le moyeu de l'hélice pour les rendre solidaires en rotation par une liaison à coopéra- tion de formes. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, le moyeu d'entraînement comprend des secteurs décalés angulaire- ment et propres à s'encastrer dans des évidements de formes conjuguées que comporte le moyeu de l'hélice. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens élastiques de rappel de la bague d'arrêt sont propres à s'engager dans une gorge de l'arbre. Ces moyens élastiques de rappel comprennent avantageusement des lames élastiques s'étendant radialement à l'intérieur d'une ouverture centrale de la bague d'arrêt. Ces lames élastiques sont avantageusement de forme générale biconique. Dans une forme de réalisation préférée, ces lames élastiques sont espacées angulairement et présentes dans un nombre supérieur à cinq. Avantageusement, la bague d'arrêt est réalisée d'une seule pièce dans un matériau élastiquement déformable, en particu- lier en acier à ressort. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue partielle en coupe axiale d'une hélice fixée sur un arbre d'un moteur électrique par l'inter- médiaire d'un dispositif de fixation selon l'invention; - la figure 2 est une vue partielle en coupe éclatée montrant un dispositif de fixation selon l'invention associé à un moyeu d'une hélice; - les figures 3 à 5 montrent différentes phases d'un montage par emmanchement de la bague d'arrêt sur l'arbre moteur; - la figure 6 est une vue partielle en perspective correspon- dant à la figure 2 montrant le dispositif en position assemblée; et - les figures 7 à 12 sont des vues de face de différents types de bagues d'arrêt utilisables dans l'invention. On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre une hélice 10 (représentée partiellement) fixée sur un arbre 12 d'un moteur électrique 14, qui est entraîné en rotation autour d'un axe X-X. Dans une application préférentielle, cette hélice 10 fait partie d'un groupe moto-ventilateur destiné à être placé à proximité d'un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile pour accroître la vitesse d'un flux d'air qui traverse ce radiateur. L'hélice 10 comprend un moyeu 16, encore appelé "bol", dont dépendent radialement une multiplicité de pales 18 dont les extrémités extérieures (non représentées) sont soit libres, soit de préférence réunies entre elles par un anneau confor- mé, encore appelé "virole". Le moyeu 16 de l'hélice comporte une ouverture centrale 20 de forme générale circulaire qui est traversée par l'arbre moteur 12, ce dernier ayant une extrémité 22 qui dépasse vers l'extérieur par rapport au moyeu 16 de l'hélice. L'hélice 10 est fixée sur l'extrémité de l'arbre moteur 12 par un dispositif de fixation selon l'invention, lequel se compose essentiellement d'un moyeu d'entraînement 24 et d'une bague d'arrêt 26. Le moyeu d'entraînement 24 est fixé rigidement sur l'arbre moteur 12 par des moyens mécaniques appropriés. Il comprend un fût cylindrique (figures 1 et 2) susceptible d'être emmanché axialement autour de l'arbre 12 et d'être rendu solidaire de celui-ci en translation et en rotation par des moyens mécaniques appropriés, par exemple par une liaison par des cannelures. Ce moyeu d'entraînement est avantageusement réalisé en acier et il comprend de deux à huit secteurs 30 qui s'étendent radialement vers l'extérieur à partir du fût 18. Ces secteurs sont au nombre de trois et sont décalés angulairement à 120 dans l'exemple représenté à la figure 2. Ces secteurs, qui forment des lobes ou oreilles, sont chacun muni d'un évide- ment 32 pour alléger et diminuer le moment d'inertie du moyeu d'entraînement 24. Le moyeu 16 de l'hélice comporte, sur sa face interne 34, qui est tournée vers le moteur, des évidements 36 propres à permettre un encastrement des secteurs 30 du moyeu d'entraî- nement. Les évidements 36 et les secteurs 30 ont des formes conjuguées pour permettre une liaison à coopération de formes. Ainsi, lorsque le moyeu d'entraînement 24 vient s'encastrer dans la face interne 34 du moyeu 16 de l'hélice, il se produit une liaison par coopération de formes qui rend l'hélice 10 solidaire en rotation du moyeu d'entraînement 24 et, par conséquent, de l'arbre 12 du moteur. La bague d'arrêt 26 contribue à l'assemblage et au maintien axial de l'hélice par l'intermédiaire du moyeu d'entraînement 24. Cette bague d'arrêt 26 est réalisée par emboutissage et découpe d'une pièce formée dans un matériau doué de proprié- tés élastiques. On utilise avantageusement pour cela une pièce en acier à ressort. La bague d'arrêt 26 (figures 1 et 2) comprend une partie annulaire 38 sensiblement plane entourée par une collerette et délimitant une ouverture centrale 42 pour le passage de l'extrémité 22 de l'arbre 12. La bague 26 est découpée de manière à définir une pluralité de lames élastiques 44 qui s'étendent radialement à l'intérieur de l'ouverture centrale 42. Ces lames élastiques sont au nombre de sept dans la forme de réalisation de la figure 2. Elles ont chacune une forme générale biconique, c'est-à-dire qu'elles possèdent une partie externe 46 rattachée à la partie annulaire 38 en formant un angle faiblement incliné par rapport au plan de cette partie annulaire. Cet angle est généralement compris entre 5 et 400. A partir de la partie externe 46 s'étend une partie interne 48 ou extrémité (figure 1) qui est beaucoup plus inclinée. Les lames élastiques 44 définissent des griffes dont les extrémités sont repliées et prévues pour coopérer avec une gorge 50 usinée à la périphérie de l'arbre moteur 12, à proximité de son extrémité 22 (figures 1 et 2). De manière préférentielle, la partie annulaire 38 comporte au moins deux évidements 54 (figure 2). On décrira maintenant différentes phases d'emmanchement de la bague d'arrêt 26 sur l'extrémité de l'arbre 12 en référence aux figures 3 à 5. Comme montré à la figure 3, la bague 26 est présentée en vis à vis de l'extrémité 22 de l'arbre moteur. Les parties internes 48 des lames 44 de la bague définissent un passage circulaire ayant un diamètre d qui est inférieur au diamètre D de l'arbre 12. L'extrémité 22 de l'arbre 10 est arrondie et elle débouche ensuite sur la gorge 50. En exerçant une pression sur la bague 26, dans le sens de la flèche F, les parties internes 48 des lames se déplacent progressivement en direction de la gorge (figure 4) et pénètrent ensuite dans cette gorge, comme montré à la figure 5. Dans cette position, les partie internes 48 forment des griffes qui viennent coopérer avec un épaulement 52 de la gorge, pour former un blocage anti-retour. Il en résulte que l'hélice est ainsi assemblée et maintenue axialement par la bague d'arrêt 26, via le moyeu d'entraîne- ment 24. On réalise ainsi un centrage de l'hélice qui est obtenu par un centrage court compris entre 1 et 4 mm, réalisé par les secteurs 30 en forme de lobe, sur le moyeu d'entraî- nement. De cette manière, on peut ajuster l'hélice avec un jeu pratiquement nul par rapport à l'arbre moteur, et cela sous un effort axial qui est généralement inférieur à 10 kg. Il en résulte un centrage optimisé qui permet de réduire considérablement le balourd statique de l'hélice. La bague d'arrêt permet un arrêt axial de l'hélice grâce aux lames élastiques 44 qui viennent se loger dans la gorge 50. Lors de la rotation de l'hélice, et sous les effets dynami- ques transmis à la structure de l'hélice, les lames élasti- ques 44 se déforment et encaissent les efforts, permettant ainsi de recaler l'axe principal d'inertie de l'hélice sur l'axe principal d'inertie de l'arbre du moteur. Cette bague d'arrêt présente en outre l'avantage de pouvoir être emmanchée facilement sans nécessiter d'outillage particulier, ce qui facilite le montage et l'assemblage de l'hélice sur les chaînes de fabrication. La figure 6 montre le moyeu de l'hélice ainsi fixé sur l'arbre moteur par l'intermédiaire du dispositif de l'inven- tion. On comprendra que le moyeu d'entraînement est susceptible de nombreuses variantes, du moment qu'il est fixé rigidement sur l'arbre et qu'il permet de réaliser un appui à coopération de formes avec le moyeu de l'hélice. Egalement, la bague d'arrêt est susceptible de nombreuses variantes de réalisation, du moment qu'elle comporte des moyens élastiques de rappel propres à coopérer avec la gorge de l'arbre du moteur. De préférence, cette bague d'arrêt est réalisée en acier à ressort, mais elle pourrait être formée dans un autre matériau, y compris une matière plastique, doué de propriétés élastiques. Il est préférable que le nombre des lames élastiques soit compris entre cinq et neuf. Les figures 7 à 12 montrent différentes formes de réalisation de la bague d'arrêt. Dans le cas de la figure 7, la bague d'arrêt comporte huit lames élastiques 44 et deux évidements 54 diamétralement opposés. Dans la forme de réalisation de la figure 8, la bague d'arrêt comporte également huit lames élastiques, mais quatre évidements 54 espacés angulairement à 90 . La bague d'arrêt de la figure 9 comprend neuf lames élasti- ques 44 et quatre évidements 54 espacés angulairement à 90 . La bague d'arrêt de la figure 10 comprend huit lames élasti- ques et quatre bossages 56 espacés angulairement à 90 . La bague d'arrêt de la figure 11 comprend huit lames élasti- ques 44 beaucoup plus courtes que dans les formes de réalisa- tion précédentes, ainsi que deux évidements 54 diamétrale- ment opposés. Enfin, la bague d'arrêt de la figure 12 comprend cinq lames élastiques 44 et quatre évidements 54 espacés angulairement à 90 . L'invention trouve une application particulière à la fixation d'une hélice d'un groupe moto-ventilateur pour véhicule automobile. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites à titre d'exemple et s'étend à d'autres variantes. Notamment, il peut être prévu que la bague d'arrêt 26 soit revêtue en partie ou en totalité d'un matériau absorbeur de vibrations, tel qu'un élastomère. En outre, il peut être prévu qu'une bague en élastomère soit intercalée entre le moyeu de l'hélice 16 et le moyeu d'en- trainement 24 pour absorber les vibrations. Revendications 1. Dispositif de fixation d'une hélice de ventilateur sur un arbre propre à être entraîné en rotation par un moteur, caractérisé en ce qu'il comprend un moyeu d'entraînement (24) solidaire de l'arbre (12) et propre à servir d'appui à un moyeu (16) de l'hélice (10), ainsi qu'une bague d'arrêt (26) enfilée autour de l'arbre et munie de moyens élastiques de rappel (44) de manière à solliciter élastiquement le moyeu (16) de l'hélice (10) contre le moyeu d'entraînement (24). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyeu d'entraînement (24) est fixé rigidement sur l'arbre (12). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le moyeu d'entraînement (24) est propre à s'encastrer au moins en partie dans le moyeu (16) de l'hélice pour les rendre solidaires en rotation par une liaison à coopération de forme. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyeu d'entraînement (24) comporte des lobes ou secteurs (30) décalés angulairement et propres à s'encastrer dans des évidements (36) de formes conjuguées que comporte le moyeu de l'hélice. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens élastiques de rappel (44) de la bague d'arrêt sont propres à s'engager dans une gorge (50) de l'arbre. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens élastiques de rappel de la bague d'arrêt (26) comprennent des lames élastiques (44) s'étendant radialement à l'intérieur d'une ouverture centrale (42) de la bague d'arrêt. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les lames élastiques (44) sont de forme générale bi- conique. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les lames élastiques (44) sont espacées angulairement et sont présentes dans un nombre supérieur à cina. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la bague d'arrêt (26) est réalisée d'une seule pièce en matériau élastiquement déformable, en particulier en acier à ressort. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la bague d'arrêt (26) est revêtue en partie ou en totalité d'un matériau absorbeur de vibrations.