Brevet FR2853372A1 — publié le 20041008

ELEMENT DE DECOUPLAGE EN MATERIAU ELASTIQUE ET DISPOSITIF D'ENTRAINEMENT INTEGRANT UN TEL ELEMENT DANS UN SYSTEME DE TRANSMISSION DE PUISSANCE L'invention concerne un élément de découplage en matériau élastique, caoutchouc ou élastomère, destiné à un dispositif d'entraînement en rotation, tel qu'une poulie, galet, roue, etc., dans un système de io transmission de puissance pour compresseur, alternateur, démarreur ou équivalent. L'invention concerne également le dispositif d'entraînement intégrant un tel élément en matériau élastique pour le système de transmission. Comme illustré par les vues en coupe schématique 1 5 longitudinale et transversale des figures 1 et Ibis, les poulies ou autres moyens d'accouplement en rotation intercalent en général une partie de forme annulaire en caoutchouc A, de section rectangulaire ou profilée, entre une jante B et un moyeu central C. Cette pièce autorise par cisaillement K un certain débattement angulaire pour remplir sa fonction de transfert, en 20 particulier de filtre de fréquences et d'amortisseur. Le déphasage angulaire est provoqué par le retard de phase de la réponse (flèche R) apportée à l'excitation (flèche E). Cet anneau A est généralement fixé par surmoulage ou adhérisation en faces interne et externe, à des supports cylindriques en 25 matériau métallique ou plastique, formant respectivement un moyeu interne et une jante externe. Il convient également, le plus souvent, d'adhériser l'anneau sur des armatures elles-mêmes montées en force entre la jante et le moyeu. Cette solution, connue par exemple du brevet EP 0742377, présente de nombreux inconvénients, notamment: - l'adhérisation nécessite une enduction et un moulage, ce qui n'est pas satisfaisant en termes de coût et de respect de l'environnement du fait de l'utilisation d'adhésifs et de solvants; - les inserts, généralement métalliques, induisent un surcoût non négligeable; - le surmoulage implique une étape supplémentaire de rétreint pour libérer les contraintes différentielles par déformation radiale, et induit donc également un coût; - l'emmanchement à force des inserts crée des contraintes dans les pièces; et - le système n'est pas démontable. De plus, le débattement angulaire autorisé reste d'amplitude faible, ce qui ne permet pas d'atteindre des raideurs constantes de couples dans une gamme suffisante, par exemple au moins égal à environ 8 degrés. io Afin de remédier à ces inconvénients et d'améliorer la fonction de transfert de l'insert élastique, l'invention propose de créer des zones de cisaillement /torsion de la matière élastique. Plus précisément, l'invention a pour objet un élément de découplage en matériau déformable, par exemple en matériau élastique, 15 caoutchouc ou élastomère, destiné à être intercalé entre deux supports d'un dispositif d'entraînement en rotation, et comportant une multitude de zones de cisaillement/torsion formées au contact d'au moins l'un des supports lors de la rotation, ces zone étant régulièrement réparties. Selon un premier mode de réalisation, l'élément en matériau 20 déformable réalisé sous une forme de couronne présentant sur au moins une face un engrènement complémentaire d'un engrènement formé sur une face correspondante du support en regard, les engrènements s'emboîtant pour assurer une reprise de couple de transmission de puissance en travaillant en cisaillement/torsion par blocage lors de la rotation. Selon des formes de réalisation particulières: - les engrènements sont en forme de cannelures ou de créneaux, formés en creux (rainurage) ou en protubérance (nervurage) par rapport à la face de la couronne; - les engrènements présentent une section rectangulaire ou à 30 profilé variable selon l'axe central de rotation, en trapèze ou conique, par exemple en hyperbolique, afin de réaliser un auto-centrage lors du montage par emboîtement de la couronne libre sur le support; - la couronne est fendue pour former une ouverture afin de faciliter son montage par écartement lors de l'introduction du moyeu et par compression lors de son insertion dans la jante, de manière à compenser les jeux entre les pièces; - les cannelures ne sont pas de profondeur constante, et leur face possède une pente inclinée par rapport au reste de la face de la pièce concernée; les engrènements sont réalisés sur au moins une face latérale cylindrique selon l'axe de rotation et sur la face du support en regard, ou sur au moins une face transversale et sur la face du support en regard; - les engrènements sont formés sur les deux faces latérales io cylindriques ou transversales, ainsi que sur les faces en regard du moyeu et de la jante du dispositif d'entraînement; - les engrènements sont réalisés sur une seule face de la couronne, l'autre face de même nature, latérale ou transversale, intégrant éventuellement un insert; - les profondeurs des cannelures sont calculées pour atteindre sensiblement une valeur de raideur prédéterminée définie par la largeur de l'anneau central non cannelée. Dans un deuxième mode de réalisation, l'élément de découplage comporte une multitude de plots de matériau déformable 20 disposés en étoile et travaillant en cisaillement par blocage sur des tétons formés régulièrement à partir d'un support du dispositif d'entraînement et en appui sur des portions concaves formées sur les faces en regard des supports. Selon différentes formes particulières de réalisation: 25 - les plots sont centrés sur les tétons, qui sont introduits dans un alésage central de chaque plot, et présentent une forme oblongue en section venant prendre appui en extrémité sur les portions concaves; - les plots ont une forme cylindrique présentant une face externe, et éventuellement la paroi d'alésage, régulièrement cannelée ou 30 nervurée; - les plots de forme oblongue sont intercalés entre deux tétons, deux plots étant séparés par au moins un téton, de préférence par deux tétons. Dans toutes ses formes de réalisation, la présente invention 35 présente les avantages suivants: 4 2853372 - les pollutions et les coûts de mise en oeuvre sont réduits car il n'y a pas d'enduction ni adhérisation; - les inserts sont supprimés ce qui signifie un gain de poids et de coût; l'assemblage est facilité car il s'affranchit de presse pour réaliser un emmanchement; - le système est démontable; - les pièces en caoutchouc peuvent être fabriquées en extrusion, ce qui réduit fortement le coût. La présente invention concerne également un dispositif d'entraînement d'un accessoire dans un système de transmission de puissance, comportant un limiteur ou rupteur de couple de cet accessoire afin de supprimer son entraînement en cas de blocage, et intégrant l'élément en matériau élastique. Selon différents exemples, le rupteur de couple est réalisé 1 5 par un flasque de centrage et de serrage comportant des billes couplées à des tiges de blocage, des pins cassables ou fractionnables régulièrement répartis sur le flasque ou au moins une zone élastique à friction. L'invention est détaillée ci-après de manière non limitative par une description d'exemples de réalisation, en référence aux figures annexées 20 qui représentent respectivement: - les figures 1 et ibis, des vues en coupe schématique d'un anneau de matériau élastique de l'état de la technique (déjà décrites); - la figure 2, une vue éclatée d'un exemple de dispositif d'entraînement comportant des pièces d'assemblage à cannelures 25 complémentaires comportant un élément de découplage en couronne déformable selon l'invention; - la figure 2 bis, une vue en coupe de l'assemblage précédent une fois monté; - la figure 3, une vue éclatée d'une variante à cannelures 30 trapézoïdales; - la figue 4, une vue éclatée d'une variante à couronne fendue et présentant des cannelures à pentes inclinées; - la figure 5, une vue en coupe de l'exemple à couronne fendue; - la figure 6, une vue éclatée d'un exemple à cannelures trapézoïdales et formées sur les faces transversales; - les figures 7a à 7c, des vues en coupe longitudinale et transversale avec un agrandissement partiel d'un exemple de dispositif s d'entraînement comportant un élément élastique de découplage à plots déformables; - les figures 8 et 8bis, une vue en coupe longitudinale et un agrandissement partiel d'une variante de réalisation de l'exemple précédent; - les figures 9 et 9bis, une vue en coupe longitudinale et un io agrandissement partiel d'une autre variante de réalisation de l'exemple des figures 7a à 7c; - les figures 1 Oa, 1 Ob et 1 Oc, des vues détaillées en contrainte de cisaillement de plots selon les trois exemples précédents; et - la figure 11, un diagramme de raideur pour un plot de 1 5 découplage selon les trois exemples de réalisation qui précédent. Comme illustré schématiquement en figure 2, un premier exemple d'un ensemble, formant la base d'une poulie, comporte une jante périphérique 1, une couronne de découplage 2, et un moyeu interne 3. La jante et le moyeu sont en métal dans l'exemple illustré et la couronne en 20 caoutchouc. Ces trois pièces possèdent des cannelures rectangulaires 100 de forme complémentaire. Les cannelures en forme de nervure 101 de la face cylindrique lc de la jante 1, sont capables de s'engrener sur les cannelures 102, formées en rainure sur la face latérale externe 2e de la 25 couronne 2, alors que les cannelures 112, formées en rainure sur la face latérale interne 2i de la couronne 2, sont aptes à s'engrener sur les cannelures en nervure 103 de la face cylindrique 3c du moyeu 3. Les cannelures s'étendent dans le plan des pièces qui restent cylindriques selon l'axe de géométrie et de rotation X'X. La section annulaire centrale, ou coeur 22, de la couronne 2 est représentée en traits pointillés en figure 2 bis sur un exemple présentant des cannelures 120 de découpe à pentes plus " douces " que celles de la figure 2, par la présence de congés de liaison. Cette section centrale 22 est adaptée en largeur pour avoir une raideur en torsion et des contraintes 35 acceptables pour l'application. Par exemple, il est possible d'obtenir alors une 6 2853372 amplitude globale de débattement angulaire importante, pouvant aller jusqu'à degrés. Un léger jeu radial est conservé entre les pièces 1 et 2, et 2 et 3, du fait des tolérances de fabrication. Si la jante et le moyeu le supportent, 5 ce jeu peut être nul et la couronne sera alors montée avec une légère pression. L'assemblage se fait par glissement de la couronne 2 entre les pièces 1 et 3. Il convient d'indexer finement les pièces selon le jeu souhaité par tout moyen d'indexage (optique, mécanique, etc.) connu. La hauteur, c'est-à-dire la profondeur, des cannelures est fonction du couple de puissance à transmettre, ainsi que leur forme particulière. Cette hauteur peut aller, par exemple, de 1 mm à 5mm. Ce système à trois pièces centrales est obtenu par moulage, en ajoutant de légères dépouille si nécessaire, ou en extrusion suivie d'un is tronçonnage. La couronne peut être obtenue en combinant plusieurs matériaux, par exemple un matériau de densités différentes: - un matériau pour le coeur qui est cisaillé et donne la raideur; - un matériau pour les cannelures extérieures, avec avantageusement un renfort textile pour renforcer le contact et lutter contre l'usure; - un matériau pour les cannelures intérieures, avec un renfort textile en option. La figure 3 représente une variante o les cannelures 130 sont de profondeur constante, mais trapézoïdales selon l'axe X'X. La section des cannelures de la couronne 32 peut en effet prendre, outre une forme rectangulaire, une forme de trapèze ou en hyperbole, si l'on cherche à optimiser les contraintes dans la profondeur des 30 cannelures. Les formes complémentaires des cannelures sur les pièces de base, jante 31 et moyeu 33, sont aussi de section trapézoïdale ou hyperbolique. Avantageusement, l'assemblage des pièces de la figure 3 est moins tributaire de l'indexage, car l'ouverture des trapèzes permet un jeu 35 angulaire, les petites bases des pièces 31 et 33 faisant face aux grandes bases des trapèzes 130. Un auto-centrage s'effectue alors au moment de l'assemblage. Dans ce cas, le moulage est préférable, mais l'extrusion également possible, avec ré-usinage des cannelures après tronçonnage. La figure 4 illustre une autre variante de l'ensemble de base de la figure 2, mais dans laquelle les cannelures 140 de la couronne 42 et du moyeu 43 ne sont pas de profondeur constante car elles possèdent une pente non nulle par rapport à la surface non cannelée. Dans cette variante, la couronne de caoutchouc 42 est fendue pour former une ouverture 4, au 1o niveau d'une cannelure. Ainsi, lors du montage, le moyeu 43 écarte vers l'extérieur la couronne 42. En fin de montage, aucun jeu ne subsiste entre les pièces de base, 41 ou 43, et la couronne 42. La vue en coupe selon la figure 5 montre les efforts 15 d'écartement (flèche Fl) exercés par le moyeu 43 sur la couronne 42 et compensés par la compression exercée par la jante 41 sur cette couronne 42 (flèches F2). Dans le cas de la variante illustrée par la figure 6, des cannelures trapézoïdales 160 sont formées en rainure 162 sur la couronne, 20 dans le plan perpendiculaire à l'axe de rotation X'X et plus précisément sur les faces transversales62t de la couronne 62. Les cannelures complémentaires 161 et 163, en forme de nervures, sont formées sur les faces transversales 61t et 63t, respectivement de la jante 61 et du moyeu 63. Selon une autre forme de réalisation, un exemple de dispositif 25 d'entraînement comporte, en référence à la vue en coupe de la figure 7a, un élément de découplage 2a à plots déformables 72 en caoutchouc. Les plots sont régulièrement répartis en étoile entre les parois Pl et P2 de la jante 1 a. Les plots 72 sont centrés sur des tétons 73 formés sur le moyeu 3a (en référence à la demi - vue en coupe longitudinale de la figure 30 7b), chaque téton 73 étant introduit dans un alésage central 7a de chaque plot. Les plots 72 présentent une forme oblongue en section, comme représenté sur la vue agrandie de la figure 7c. Les extrémités 7e du plot 72 viennent prendre appui dans des portions concaves Pc des parois Pi 35 et P2 de la jante la. L'ensemble peut être obtenu par moulage, en ajoutant éventuellement de légères dépouilles d'ajustement, ou bien en extrusion suivie d'un tronçonnage. Les dimensions des plots peuvent aller de 8 mm de diamètre 5 à 30 mm. Les tétons sont dimensionnés selon les critères de résistance des matériaux. Sur les figures 8 et 8 bis, correspondant aux vues 7a et 7c, une variante de réalisation de l'exemple précédent est illustrée. Dans cette variante, les plots 82 ont une forme cylindrique à section sensiblement 1o circulaire, et présentent une face externe 82e et une paroi d'alésage 8a, régulièrement cannelée ou nervurée. En référence aux figures 9 et 9bis, selon des vues correspondant respectivement aux vues 8 et 8bis, une autre variante de réalisation est illustrée. Dans cette variante, les plots 92 de forme oblongue, i 5 identique à celle des plots de la variante illustrée par les figures 7a et 7c, sont intercalés entre deux tétons 73, deux plots successifs étant séparés par deux tétons. Les tétons se trouvent ainsi disposés par deux pour séparer les plots. Suivant la taille des tétons et des plots, ainsi que leur forme, il est possible de prévoir un seul téton entre deux plots, ou plus d'un. Les figures 10a, l0b et 10c illustrent la déformation des plots selon les trois variantes précédentes, lorsqu'une torsion est imposée sur tout le dispositif en fonctionnement. Les déformations des plots 72, 82 et 92 montrent l'effet des contraintes de cisaillement entre les tétons 73 et les parois Pl et P2 de la jante la. Le diagramme de la figure 11 illustre les raideurs Kl, K2 et K3 obtenues par plot, respectivement de type 72, 82 et 92, en caoutchouc de dureté 60 Shore A. Le diagramme porte le couple de puissance Cp en fonction de l'angle de débattement Ad. Si l'on multiplie le nombre de plots, la raideur globale est multipliée d'autant. Il apparaît qu'un angle de débattement pouvant aller jusqu'à 9 degrés peut être obtenu avec une raideur sensiblement constante et un couple pouvant atteindre 6 N.m pour la variante de réalisation à plot disposé entre deux tétons (figures 9 et 9bis). L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation 35 décrits et représentés. Il est possible d'utiliser un matériau plastique déformable, en polypropylène, polyéthylène ou en polyamide, ou un matériau composite de type TPE (thermoplastique élastomère). Par ailleurs, des plots de forme cylindrique ou de forme ovoïde, polygonale, conique ou parallélépipédique, présentant éventuellement des cannelures, peuvent également être intercalés entre les tétons. Il est également possible de conserver un insert, et d'utiliser les cannelures pour la face extérieure o le diamètre permet de loger plus de cannelures. De plus, les tétons peuvent être formés à partir de la jante ou 1o du moyeu, les plots peuvent être en appui sur des parois de la jante et/ou du moyeu. L'invention est applicable sur tous les dispositifs d'entraînement ayant un élément de filtrage, d'amortissement ou absorbeur. Les accessoires entraînés en rotation peuvent être par exemple tout élément 15 moteur ou de transmission d'un véhicule automobile. REVENDICATIONS 1. Elément de découplage en matériau déformable, destiné à être intercalé entre deux supports (1, la; 3, 3a) d'un dispositif d'entraînement en rotation, caractérisé en ce qu'il comporte une multitude de zones de 5 cisaillement/torsion (102, 120, 130, 140, 162, 72, 82, 92) formées au contact d'au moins l'un des supports (1, la; 2, 2a) lors de la rotation, ces zones étant régulièrement réparties. 2. Elément de découplage en matériau déformable selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est en matériau élastique, caoutchouc 10 ou élastomère. 3. Elément de découplage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous une forme de couronne (2, 32, 42, 62) présentant sur au moins une face (2e, 2i, 62t) un engrènement (102, 112; 120, 130, 140, 162) complémentaire d'un engrènement (101, 103; 161, 163) 15 formé sur une face correspondante (lc, 3c; 61t, 63t) du support en regard (1, 3; 31, 33; 41, 43; 61, 63), les engrènements (100) s'emboîtant pour assurer une reprise de couple de transmission de puissance en travaillant en cisaillement/torsion par blocage lors de la rotation. 4. Elément de découplage selon la revendication précédente, 20 dans lequel les engrènements (100) sont en forme de cannelures ou de créneaux, formés en creux ou en protubérance par rapport à la face (2e, 2i, 62t) de la couronne. 5. Elément de découplage selon la revendication précédente, dans lequel les engrènements présentent une section en profilé variable (130, 25 160) selon l'axe central de rotation (X'X), afin de réaliser un auto-centrage lors du montage par emboîtement de la couronne libre (32, 62) sur le support. 6. Elément de découplage selon la revendication précédente, dans lequel le profilé des engrènements est en trapèze ou en hyperbolique. 7. Elément de découplage selon l'une quelconque des 30 revendications 3 à 6, dans lequel la couronne (42) présente une ouverture (4) afin de faciliter son montage par écartement lors de l'introduction du moyeu (43) et par compression lors de son insertion dans la jante (41), de manière à compenser les jeux entre les pièces. 8. Elément de découplage selon l'une quelconque des 35 revendications 3 à 7, dans lequel les cannelures (140) du moyeu et de la il1 couronne ne sont pas de profondeur constante et présentent une pente inclinée par rapport au reste de la face de la pièce (42, 43). 9. Elément de découplage selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, dans lequel les engrènements sont réalisés sur au 5 moins une face latérale cylindrique (2e, 2i) selon l'axe de rotation (X'X) et sur la face du support en regard (1 c, 3c). 10. Elément de découplage selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, dans lequel les engrènements sont réalisés sur au moins une face transversale (62t) de la couronne (62) et sur la face (61t, 63t) io du support (61, 63) en regard. 11. Elément de découplage selon la revendication 9 ou 10, dans lequel les engrènements sont formés sur les deux faces latérales cylindriques (2e, 2i) ou transversales (62t) de la couronne, ainsi que sur les faces en regard du moyeu (lc, 61t) et de la jante (3c, 63t) du dispositif l5 d'entraînement. 12. Elément de découplage selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, dans lequel les engrènements sont réalisés sur une seule face de la couronne (2), l'autre face de même nature, latérale (2e, 2i) ou transversale (62t), intégrant éventuellement un insert. 13. Elément de découplage selon l'une quelconque des revendications 3 à 12, dans lequel les profondeurs des cannelures sont calculées pour atteindre sensiblement une valeur de raideur prédéterminée définie par la largeur de l'anneau central non cannelée (22) de la couronne. 14. Elément de découplage selon l'une quelconque des 25 revendications 3 à 13, dans lequel la couronne (2) est obtenue en combinant plusieurs matériaux ou un matériau de densités différentes: - un matériau pour le coeur (22) qui est cisaillé et donne la raideur; - un matériau pour les cannelures extérieures (102), avec 30 un renfort textile en option; - un matériau pour les cannelures intérieures (112), avec un renfort textile en option. 15. Elément de découplage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une multitude de plots (72, 82, 92) de 35 matériau déformable disposés en étoile et travaillant en cisaillement par blocage sur des tétons (73) formés régulièrement à partir d'un support (la, 3a) du dispositif d'entraînement et en appui sur des portions concaves (Pc) formées sur les faces (P1, P2) en regard d'au moins un support (1 a, 3a). 16. Elément de découplage selon la revendication 5 précédente, dans lequel les plots 72) sont centrés sur les tétons (73) introduits dans un alésage central (7a) de chaque plot, et présentent une forme oblongue en section venant prendre appui en extrémité (7c) dans des portions concaves (Pc) d'au moins un support (la, 3a). 17. Elément de découplage selon la revendication 15, 0o caractérisé en ce que les plots (82) ont une forme cylindrique présentant une face externe (82e), et éventuellement la paroi d'alésage (8a) régulièrement cannelée ou nervurée. 18. Elément de découplage selon la revendication 15, caractérisé en ce que les plots (92) sont intercalés entre deux tétons (73), 15 deux plots étant séparés par au moins un téton, de préférence par deux tétons. 19. Elément de découplage selon la revendication précédente, dans lequel les plots (92) sont de forme oblongue.