Brevet FR3094486A1 — publié le 20201002

Description Titre de l'invention : PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE CARACTÉRISATION DE PROPRIÉTÉS TRIBOLOGIQUES D'UN FLUIDE [0001] La présente invention concerne de manière générale le domaine de la lubrification et de la caractérisation (les propriétés tribologiques des fluides. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un procédé et un dispositif de caractérisation de propriétés tribologiques d'un fluide, pour une application à des transmissions mécaniques notamment des joints de transmission du type homocinétique tripode. [0002] Dans la construction automobile, les joints homocinétiques ont une importance par- ticulière. Ils sont essentiellement présents dans la chaîne de transmission entre le groupe motopropulscur et les roues suspendues du véhicule et dans le système de direction. Dans les véhicules à traction avant, les joints homocinétiques tripodes assurent la liaison mécanique dynamique entre l'arbre moteur de sortie de la boîte de vitesse et les roues avant. [0003] Les réglementations environnementales visant à réduire la pollution et la consommation énergétique des véhicules imposent des contraintes de conception accrues sur l'ensemble des organes qui participent à la traction du véhicule. Les réponses à ces contraintes passent par une réduction des masses et l'amélioration des rendements. L'optimisation de la lubrification des joints de transmission participe de manière significative à l'obtention d'un meilleur rendement de la chaîne de traction, en réduisant les pertes par frottement, et garantit une meilleure durabilité. [0004] Par ailleurs, les constructeurs automobiles cherchent en permanence à améliorer le confort acoustique et vibratoire de leurs véhicules. Les joints tripodes coulissants génèrent durant leur fonctionnement des efforts axiaux cycliques qui sont à l'origine d'une vibration transversale au sein du véhicule appelée « martèlement », ou « shuddcr » en anglais, par l'homme du métier. Cette vibration de martèlement peut être ressentie par le conducteur et les passagers du véhicule, notamment pendant des phases de forte accélération. [0005] Dans l'état de la technique, représenté par les documents US2015101399A1 et US2018321216A1, il est connu des dispositifs pour mesurer des propriétés tribologiques d'un fluide. [0006] Dans US2015101399A1, le fluide est mis en circulation entre une première surface et une seconde surface. Un actionneur met en mouvement la première surface contre la seconde surface. Le dispositif mesure une force rencontrée lors du mouvement afin de déterminer un pouvoir lubrifiant du fluide. [0007] Dans US2018321216A1, une première surface d'un premier échantillon, maintenue 2 dans le fluide à tester, est en contact avec une deuxième surface d'un deuxième échantillon. Une charge mesurable est appliquée entre les deux échantillons et un mouvement oscillatoire composé est généré entre les échantillons dans des première et seconde directions. [0008] Il est souhaitable de proposer un procédé de caractérisation de propriétés triho- logiques d'un fluide, qui soit adapté à une zone de contact elliptique et à la cinématique particulière des galets dans un joint homocinétique tripode, de façon à faciliter la qualification des lubrifiants et la détermination d'un coefficient de frottement applicable. [0009] Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de caractérisation d'au moins une propriété tribologique d'un fluide, le procédé étant mis en oeuvre dans un dispositif comprenant un galet de test en contact avec un échantillon planaire de test, avec le fluide étant présent dans la zone de contact entre le galet de test et l'échantillon planaire de test. Conformément à l'invention, la propriété tribologique du fluide est mesurée en exécutant une cinématique cyclique déterminée comprenant dans chaque cycle un mouvement de translation entre le galet de test et l'échantillon planaire de test, un roulement avec glissement du galet de test contre l'échantillon planaire de test et une révolution du galet de test sur lui-même avec un axe de révolution perpendiculaire à la zone de contact (CT). [0010] Selon une caractéristique particulière, le mouvement de translation entre le galet de test et l'échantillon planaire de test est exécuté en gardant le galet de test dans une position stationnaire. Ainsi, la zone de contact entre le galet et l'échantillon planaire reste elle aussi stationnaire. [0011] Selon une autre caractéristique particulière, le mouvement de translation entre le galet de test et l'échantillon planaire de test est un mouvement réciproque. [0012] Selon encore une autre caractéristique particulière, le mouvement de translation entre le galet de test et l'échantillon planaire de test et la révolution du galet de test sur lui-même sont synchronisés, la révolution du galet de test débutant et s'achevant en synchronisme respectivement avec le début et la fin du mouvement de translation entre le galet de test et l'échantillon planaire de test. [0013] L'invention concerne également un dispositif de caractérisation d'au moins une propriété tribologique d'un fluide, dans lequel sont compris des moyens agencés de façon à mettre en oeuvre le procédé décrit brièvement ci-dessus. [0014] Selon une réalisation particulière, le dispositif comprend un plateau mobile supportant l'échantillon planaire de test, un arbre rotatif supportant en une extrémité un montage en rotation libre du galet de test, et des moyens actionneurs commandant le mouvement de translation du plateau mobile et la rotation de l'arbre rotatif. [0015] Selon une caractéristique particulière, le plateau mobile comprend des moyens 3 agencés de façon à autoriser un montage amovible de l'échantillon planaire de test. [0016] Selon une autre caractéristique particulière, la mise en contact entre l'échantillon planaire de test et le galet de test est assurée et contrôlée par la mise en charge de l'arbre rotatif. [0017] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières de l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : [0018] [fig.1] [0019] La Fig.1 est une vue en perspective, en coupe partielle, d'un joint homocinétique tripode. [0020] [fig.2] [0021] La Fig.2 est un diagramme explicatif montrant le mouvement d'un galet dans le joint homocinétique tripode de la Fig.1. [0022] [fig.3] [0023] La Fig.3 est une vue de face simplifiée d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention de caractérisation de propriétés trihologiques d'un fluide. [0024] [fig.4] [0025] La Fig.4 est une vue de dessus simplifiée du dispositif de la Fig.3. [0026] En référence à la Fig.1, un joint homocinétique tripode coulissant 1, montré ici de manière schématique et à titre d'exemple, comprend essentiellement un entraineur 10, dit « tulipe », un tripode 11 et trois galets 12. [0027] La tulipe 10 est montée en liaison fixe sur un arbre de transmission rotatif 13, par exemple, un arbre de sortie de boîte de vitesse, ayant un axe de rotation AE. [0028] Le tripode 11 est logé dans une chambre intérieure 100 de la tulipe 10 et est monté en liaison fixe sur un arbre de liaison rotatif 14 ayant un axe de rotation AL. Le tripode 11 comporte trois tourillons 110 espacés angulairement de 120 degrés entre eux. [0029] Chaque galet 12 est monté en rotation libre sur un tourillon 110 respectif, par exemple, sur palier lisse ou à aiguilles. Les galets 12 sont ici des galets à deux rayons, c'est-à-dire, en forme de tonneau. Les trois galets 12 sont logés respectivement dans trois logements formant des rampes 101 dans lesquelles interviennent leurs mouvements de rotation et de glissement. Un soufflet étanche (non représenté) ferme la tulipe 10, évitant ainsi une fuite du fluide lubrifiant. [0030] Le joint tripode 1 autorise ici la transmission d'un mouvement de rotation à la même vitesse et sans décalage angulaire, de l'arbre de transmission menant 13 vers l'arbre de liaison mené 14, avec un angle de brisure AB entre les deux arbres13 et 14. [0031] On se reportera maintenant aussi à la Fig.2 clans laquelle on considère la tulipe 10 comme étant un repère fixe auquel est associé un repère orthogonal XYZ, l'axe Y cor- respondant à l'axe de rotation AE susmentionné de l'arbre de transmission 13. [0032] A la Fig.2, il est représenté schématiquement le mouvement d'un galet 12 dans sa rampe 101 au cours d'une révolution complete de l'arbre de transmission 13 autour de l'axe Y, en considérant un angle de brisure AB entre les deux arbres 13 et 14. [0033] Comme visible à la Fig.2, pendant la rotation de l'arbre de transmission 13, le galet 12 subit un mouvement de translation suivant l'axe Y, en roulement avec glissement, et de rotation sur l'axe Z. [0034] La galet 12 passe de la position A à la position B par une rotation de 180 degrés de l'arbre de transmission 13, et revient ensuite de la position B à la position A par une autre rotation de 180 degrés qui complète une révolution entière de l'arbre 13. [0035] Comme montré à la Fig.2, pendant le passage de la position A à la position B, le galet 12 subit dans cet exemple une rotation anti-horaire -RZ sur Z et une translation +TY en +Z. Pendant le retour de la position B à la position A, le galet 12 subit une rotation horaire +RZ sur Z et une translation -TY en -Z. [0036] Conformément au procédé de l'invention, la mesure des propriétés tribologiques du fluide intervient en soumettant celui-ci à une cinématique particulière qui reproduit les mouvements d'un galet dans la tulipe du joint tripode. [0037] En référence aux Figs.3 et 4, il est maintenant l'architecture de base d'un dispositif 2 de caractérisation de propriétés trihologiques d'un fluide, qui met en oeuvre le procédé selon l'invention. [0038] Le dispositif 2 selon l'invention comprend essentiellement un plateau mobile 20 et un arbre rotatif 21 qui sont disposés ici horizontalement et verticalement, respectivement. [0039] Le plateau mobile 20 est agencé de manière à pouvoir accomplir un mouvement ré- ciproque de translation selon l'axe Y, dans le plan XY. [0040] L'arbre rotatif 21 est tournant sur l'axe Z et porte en son extrémité supérieure un galet de test 22. Le galet de test 22 est en contact contre un échantillon planaire de test 23 (cf. Fig.2) monté sur la face inférieure du plateau mobile 20. Le galet de test 22 est monté en rotation libre sur un axe horizontal AH qui est supporté par l'extrémité supérieure de l'arbre rotatif 21. L'échantillon de test 23 est monté amovible et pourra être réalisé avec différents matériaux en fonction des mesures et caractérisations souhaitées. Le galet de test 22 pourra aussi être réalisé avec différents matériaux. Le fluide à caractériser, sous la forme d'un lubrifiant liquide ou d'une graisse, est présent au niveau de l'interface (zone de contact) entre le galet de test 22 et l'échantillon de test 23. La mise en contact entre l'échantillon planaire de test 23 et le galet de test 22 est assurée et contrôlée par la mise en charge de l'arbre rotatif 21. [0041] Le mouvement réciproque de translation du plateau mobile 20 et le mouvement de rotation de l'arbre rotatif 21 sont synchronisés et interviennent simultanément pendant une même durée prédéterminée d'un cycle cinématique, l'arbre rotatif 21 effectuant une révolution qui débute et s'achève en synchronisme avec le début et la fin d'un va-et-vient du plateau mobile 20. Le cycle cinématique est répété autant de fois que nécessaire à la mesure des propriétés du fluide. Différents moyens d'actionnement connus (non représentés), tels que moteur électrique, assemblage pignon-crémaillère, came et autres, pourront être utilisés pour cela. [0042] Ainsi, le mouvement du galet dans la rampe de la tulipe du joint tripode, à savoir, +TY, -RZ, -TY et +RZ (cf. Fig2), est reproduit dans le dispositif 2 par des mouvements distincts du galet de test 22 et du plateau mobile 20 (portant l'échantillon de test 23) de façon à obtenir la même cinématique de contact. [0043] Le mouvement de rotation du galet sur lui-même et de roulement dans la rampe de la tulipe est reproduit par la rotation du galet de test 22 sur lui-même conduite par l'arbre rotatif 21 et par son roulement contre la surface de l'échantillon de test 23, roulement autorisé par le montage fou du galet de test 22 sur l'axe AH et entrainé par friction. Le mouvement de translation du galet dans la rampe de la tulipe est reproduit par le mouvement réciproque de translation du plateau mobile 20 portant l'échantillon de test 23. [0044] Comme cela apparaît dans la vue de dessus de la Fig.2, dans laquelle le plateau mobile 20 et l'échantillon de test 23 sont considérés en transparence et représentés avec un trait à tirets, l'agencement décrit ci-dessus du dispositif 2 selon l'invention offre l'avantage d'offrir un contact elliptique CT qui est spatialement stationnaire dans le bâti du dispositif. Cette caractéristique de stationnarité du contact elliptique CT facilite l'instrumentation du dispositif 2 pour la mesure des propriétés du fluide. [0045] On notera que le dispositif 2 selon l'invention pourra être réalisé sous la forme d'une machine légère indépendante permettant, par exemple, d'obtenir directement un coefficient de frottement de lubrifiant directement applicable pour le calcul d'une transmission mécanique. Le dispositif pourra aussi être intégré dans un banc de test tribométrique complet. [0046] Bien que l'invention soit présentée ici dans le cadre d'une application privilégiée à la caractérisation des lubrifiants pour les joints homocinétiques tripodes, elle pourra trouver des applications pour d'autres transmissions mécaniques, comme les transmissions de type spiro-conique. [0047] L'invention ne se limite donc pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrite ici à titre d'exemple. L'homme du métier, selon les applications de l'invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l'invention. 6 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] REVENDICATIONSProcédé de caractérisation d'au moins une propriété tribologique d'un fluide, le procédé étant mis en oeuvre dans un dispositif (2) comprenant un galet de test (22) en contact avec un échantillon planaire dc test (23), avec le fluide étant présent dans la zone de contact (CT) entre le galet de test (22) et l'échantillon planaire dc test (23), dans lequel la propriété tribologique du fluide est mesurée en exécutant une cinématique cyclique déterminée comprenant dans chaque cycle un mouvement de translation (F) entre le galet de test (22) et l'échantillon planaire de test (23), un roulement avec glissement (AH) du galet de test (22) contre l'échantillon planaire de test (23) et une révolution du galet de test (22) sur lui-même avec un axe de révolution (21) perpendiculaire à la zone de contact (CT). Procédé selon la revendication 1, dans lequel le mouvement de translation (F) entre le galet de test (22) et l'échantillon planaire de test (23) est exécuté en gardant le galet de test (22) dans une position stationnaire. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, dans chaque cycle, le mouvement de translation (F) entre le galet de test (22) et l'échantillon planaire de test (23) est un mouvement réciproque. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le mouvement de translation (F) entre le galet de test (22) et l'échantillon planaire de test (23) et la révolution du galet de test (22) sur lui-même sont synchronisés, la révolution du galet de test (22) débutant et s'achevant en synchronisme respectivement avec le début et la fin du mouvement de translation (F) entre le galet de test (22) et l'échantillon planaire de test (23). Dispositif de caractérisation d'au moins une propriété tribologique d'un fluide, dans lequel sont compris des moyens (20, 21, 22, 23) de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, lesdits moyens de mise en oeuvre comprenant un plateau mobile (20) supportant l'échantillon planaire de test (23), un arbre rotatif (21) supportant en une extrémité un montage en rotation libre du galet de test (22), et des moyens actionneurs commandant le mouvement de translation (F) du plateau mobile (20) et la rotation de l'arbre rotatif (21). Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le plateau mobile (20) comprend des moyens agencés de façon à autoriser un montage amovible de l'échantillon planaire de test (23).