Domaine technique

L'invention se rapporte au domaine des dispositifs de transmission de couple du type amortisseurs de torsion destinés à équiper les transmissions de véhicule automobile.

Arrière-plan technologique

La présente invention concerne un amortisseur de torsion, notamment pour véhicules automobiles.

Les moteurs à explosions ne génèrent pas un couple constant et présentent des acyclismes provoquées par les explosions se succédant dans leurs cylindres. Ces acyclismes génèrent des vibrations qui sont susceptibles de se transmettre à la boîte de vitesses et d'engendrer ainsi des chocs, bruits et nuisances sonores, particulièrement indésirables. Afin de diminuer les effets indésirables des vibrations et améliorer le confort de conduite des véhicules automobiles, il est connu d'équiper les transmissions de véhicule automobile avec des amortisseurs de torsion.

Les amortisseurs de torsion comprennent généralement un élément primaire et un élément secondaire mobiles en rotation l'un par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation. Les amortisseurs de torsion comprennent également des moyens élastiques d'amortissement disposés entre l'élément primaire et l'élément secondaire pour amortir les acyclismes. Ces moyens élastiques d'amortissement peuvent être réalisés par des ressorts hélicoïdaux.

Cependant, dans le cas de ressorts hélicoïdaux, il est possible d'utiliser des ressorts droits ou des ressorts incurvés ou cintrés correspondant à la courbure du logement.

Les ressorts droits ont une tenue supérieure en couple aux ressorts cintrés lors d'une compression statique de sorte qu'un ressort droit pourra transmettre un couple plus important qu'un ressort cintré ayant les mêmes caractéristiques (taille des spires et matériau). De plus, la surface de contact entre le ressort cintré et le logement est plus importante que pour un ressort droit puisque chaque spire vient en contact avec le logement de sorte que les frottements, appelés aussi hystérésis, sont plus importants pour un ressort cintré ce qui dégrade la performance du ressort cintré. Cependant, lorsque l'amortisseur de torsion tourne à une vitesse de rotation élevée, par exemple supérieure à 2000 tr/min, un ressort droit est cintré par la vitesse ce qui d'une part augmente les contraintes subies par le ressort Et d'autre part provoque la mise en contact entre les spires du ressort et le logement ce qui entraîne des frottements, ou hystérésis, et dégrade la performance du ressort droit. A l'inverse, un ressort incurvé ou cintré aura une tenue inférieure en compression statique et nécessitera donc une raideur plus importante pour transmettre le même couple qu'un ressort droit mais l'augmentation des contraintes subies par le ressort cintré lors de rotations à vitesse élevée de l'amortisseur de torsion sera beaucoup plus faible que pour un ressort droit. Ainsi, les ressorts droits apparaissent avantageux pour des moteurs à fort couple de transmission mais dont la vitesse de rotation est réduite tandis que les ressorts cintrés sont avantageux pour des vitesses de rotation élevées.

Il convient donc de trouver une solution permettant d'obtenir un ressort permettant de transmettre un couple important tout en étant peu impacté par la rotation de l'amortisseur de torsion de manière à fournir un amortisseur de torsion efficace sur une large plage de vitesse de rotation.

Au sens de la présente demande :

- l'état de repos du ressort est l'état du ressort lorsque l'amortisseur ne transmet pas de couple et a une vitesse de rotation nulle,

- l'état comprimé du ressort est l'état de ce ressort à une rotation maximale entre le premier élément et le deuxième élément, ces derniers étant notamment une rondelle de guidage et un voile et à la vitesse de rotation maximale de fonctionnement de l'amortisseur de torsion, et

- l'état libre du ressort est l'état du ressort non monté dans l'amortisseur.

A cet effet, la présente invention concerne un amortisseur de torsion comprenant : - un premier élément,

- un deuxième élément destiné à être monté rotatif par rapport au premier élément autour d'un axe de rotation X,

- au moins un élément élastique entre le premier et le deuxième élément,

- une rondelle de maintien radial de l'élément élastique disposée autour de l'axe de rotation X, dans lequel l'élément élastique comprend un ressort hélicoïdal disposé dans un logement de la rondelle de maintien radial, ledit logement ayant une forme en arc de cercle présentant un rayon de courbure Ri prédéfini, dans lequel le ressort hélicoïdal est un ressort cintré dont le rayon de cintrage RR à l'état libre est supérieur au rayon de courbure RL du logement et est défini par la relation suivante :

0,8 x l x R _L 1,2 x l x R _L

V ^{< Rr <} V

avec 1 la longueur du ressort à l'état libre, Γ la longueur du ressort à l'état comprimé.

Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, le rayon de cintrage RR du ressort hélicoïdal est donné par la relation :

0,9 x l x R _L 1,1 x l x R _L

V ^{< Rr <} V

Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, la longueur 1 du ressort l'état libre est au moins égale à la longueur du logement.

Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, la longueur 1 du ressort l'état libre est supérieure à la longueur du logement de l'ordre de 0 à 10 %, notamment 0 à 5 % de sorte que le ressort est précontraint dans le logement.

Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, la rondelle de maintien radial est une rondelle de phasage ou une rondelle de guidage ou un voile.

Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, l'amortisseur de torsion comprend une pluralité de ressorts disposés en parallèle, la rondelle de maintien radial comprenant une pluralité de logements répartis autour de l'axe de rotation X.

Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, l'amortisseur de torsion comprend trois ressorts cintrés couplés en parallèle, les ressorts étant répartis de manière uniforme autour de l'axe de rotation X.

La présente invention concerne également un véhicule automobile comprenant un amortisseur de torsion tel que décrit précédemment.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple et sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels :

la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'un amortisseur de torsion ;

la figure 2 représente une vue schématique d'un voile de guidage ainsi que la position des ressorts à l'état de repos et à l'état comprimé ; la figure 3 représente une vue schématique en perspective d'un amortisseur de torsion dans un état semi-assemblé ;

la figure 4 représente un schéma d'un logement et d'un ressort semi-cintré à l'état de repos et à l'état comprimé.

Sur toutes les figures, les éléments identiques ou ayant une fonction similaire portent les mêmes numéros de référence.

Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.

Dans la suite de la description, les termes « interne » et « externe » sont définis en référence à l'axe de rotation X de sorte qu'un élément interne est soit plus proche qu'un élément externe de l'axe de rotation X, soit orienté en direction de l'axe de rotation X.

La figure 1 représente une vue schématique d'un amortisseur de torsion 1 comprenant un premier élément dit élément d'entrée correspondant par exemple à un porte-disque 3 destiné à être couplé à un élément d'un dispositif d'embrayage du véhicule et un deuxième élément dit élément de sortie correspondant par exemple à un moyeu 5 destiné à être couplé à un élément d'une boîte de vitesses du véhicule. Le premier élément 3 et le deuxième élément 5 sont destinés à être montés rotatif l'un par rapport à l'autre autour d'un axe de rotation X.

De plus, l'amortisseur de torsion 1 comprend également un élément élastique 7 (visible sur la figure 2) réalisé par un ou plusieurs ressorts hélicoïdaux et destiné à être disposé entre le porte-disque 3 et le moyeu 5 (l'élément élastique 7 n'est pas forcément en contact direct avec le porte-disque 3 et/ou le moyeu 5 mais la rotation relative entre le porte-disque 3 et le moyeu 5 est contrainte par l'élément élastique 7). L'élément élastique 7 comprend par exemple trois ressorts hélicoïdaux 7a, 7b et 7c destinés à être disposés respectivement dans trois logements 9a et 9b et 9c d'une rondelle de maintien radial, par exemple une rondelle de guidage, une rondelle de phasage ou un voile de guidage 9. Le voile 9 est par exemple couplée en rotation à l'un du premier 3 ou du deuxième élément 5. Le voile 9 est ici couplé au moyeu 5. Les trois logements 9a, 9b et 9c sont identiques et sont répartis de manière uniforme autour de l'axe de rotation X de sorte que les ressorts sont également répartis de manière uniforme autour de l'axe de rotation X.

De plus, l'amortisseur de torsion 1 comprend ici une rondelle de guidage 11 visible sur la figure 1 couplé en rotation au porte-disque 3. La rondelle de guidage 11 est par exemple formée d'une première partie 110 et d'une seconde partie 111 assemblées l'une à l'autre et venant entourer l'élément élastique 7 et le voile 9. La première 110 et la seconde 111 parties peuvent avoir une forme générale de disque présentant des renfoncement pour former des logements l ia, 11b et 11c destinés à recevoir les ressorts hélicoïdaux 7a, 7b et 7c. L'assemblage est par exemple réalisé par des assemblages de formes complémentaires 112, par exemple par encastrement, par sertissage ou encliquetage situés à la périphérie de la première 110 et de la seconde partie 111.

L'élément élastique 7 est contraint entre la rondelle de guidage 11 et le voile 9 de sorte que la rotation relative du voile 9 par rapport à la rondelle de guidage 11 provoque la compression de l'élément élastique 7. La figure 2 représente les ressorts 7a, 7b et 7c dans leur état de repos et dans leur état comprimé, les ressorts sont alors notés 7a', 7b' et 7c'.

Comme représenté sur la figure 2, les logements 9a, 9b et 9c du voile 9 ont une forme en arc de cercle et comprennent un bord interne bl, un bord externe b2 formant un rayon de courbure extérieur noté R _L , un premier bord latéral b3 et un deuxième bord latéral b4. Les logements l ia, 11b et 11c de la rondelle de guidage 11 ont également une forme en arc de cercle similaire à la forme des logements 9a, 9b et 9c du voile 9.

Ainsi, lors de l'utilisation de l'amortisseur de torsion 1 , les ressorts hélicoïdaux 7a, 7b et 7c sont comprimés d'une part dans leur longueur, par exemple entre un bord latéral du logement 9a, 9b, 9c du voile 9, ici le premier bord latéral b3, et un bord du logement l ia, 1 lb, 11c de la rondelle de guidage 11, et d'autre part contre le bord externe b2 des logements 9a, 9b, 9c du voile 9 du fait de l'effet centrifuge.

A l'état de repos, les ressorts 7a, 7b, 7c s'étendent sur toute la longueur du logement 9a, 9b, 9c, c'est-à-dire entre le premier bord latéral b3 et le deuxième bord latéral b4. En fonctionnement, lorsque les ressorts 7a', 7b', 7c' sont comprimés au maximum (du fait d'une butée de l'amortisseur de torsion 1 ou du fait que les spires des ressorts sont en contact), leur courbure correspond au rayon de courbure R _L du bord externe b2 des logements 9a, 9b, 9c comme représentés par les ressorts comprimés 7a', 7b' et 7c'.

Ces caractéristiques des ressorts 7a, 7b et 7c à l'état comprimé peuvent être utilisées pour déterminer les caractéristiques des ressorts 7a, 7b et 7c permettant d'optimiser le fonctionnement de l'amortisseur de torsion 1. En effet, un ressort cintré à l'état de repos permet de limiter l'augmentation des contraintes lors de la rotation et comme il a été observé par les inventeurs que la différence de longueur d'un ressort est sensiblement proportionnelle au changement de rayon de courbure, le cintrage optimal d'un ressort peut être déduit à partir de la courbure du logement R _L destiné à recevoir le ressort et de la longueur du logement. Le rapport des longueurs entre la longueur du ressort à l'état comprimé et à l'état de repos est donc choisi pour être égal au rapport des rayons de courbure de sorte que le cintrage optimal du ressort à l'état de repos est donné par la relation :

avec R _R le rayon extérieur de cintrage du ressort à l'état libre, R _L le rayon de courbure du bord externe b2 du logement 9a, 9b, 9c, 1 la longueur du bord externe courbe du ressort à l'état libre et Γ la longueur du bord externe courbe du ressort à l'état comprimé. La figure 4 représente un schéma d'un logement 9a' et de l'emplacement d'un ressort lorsqu'il est à l'état de repos noté R et à l'état comprimé notée C. Ce cintrage optimal correspond à un semi-cintrage puisque le cintrage correspond à un rayon de courbure supérieur au rayon de courbure extérieur du logement. Un tel cintrage permet d'utiliser une raideur de ressort plus faible par rapport à un ressort cintré selon le rayon de courbure R _L du logement et de limiter l'augmentation de la raideur lors de la rotation de l'amortisseur de torsion 1 par rapport à un ressort rectiligne (contraint dans le logement 9a, 9b, 9c).

Sur la figure 4, la longueur 1 à l'état libre du ressort 7a, 7b , 7c est choisie sensiblement égale à la longueur du logement entre le premier bord latéral b3 et le deuxième bord latéral b4. La longueur à l'état libre est sensiblement égale à la longueur à l'état de repos. La longueur 1 peut aussi par exemple être choisie pour être légèrement supérieure à la longueur du logement, par exemple une longueur de 0 à 10 % supérieure, notamment 0 à 5 % supérieure, de sorte que le ressort 7a, 7b, 7c est légèrement précontraint lorsqu'il est disposé dans le logement 9a, 9b, 9c. Une telle précontrainte permet de maintenir le ressort 7a, 7b, 7c en position dans le logement 9a, 9b, 9c ce qui facilite l'assemblage de l'amortisseur de torsion 1. A partir de la géométrie du logement 9a, 9b, 9c destiné à recevoir le ressort 7a, 7b, 7c, il est donc possible de déterminer les caractéristiques du ressort 7a, 7b, 7c à utiliser pour obtenir un fonctionnement optimal.

On choisit donc le ressort en fonction de la géométrie du logement de sorte que le rayon de cintrage RR du ressort 7a, 7b, 7c soit compris dans un intervalle compris entre :

——— Ri < R _R <—^—R _L (2) voire —^—RL < RR < ^{~ ~} « _L (3) de manière a se rapprocher de la valeur optimale donnée par l'équation (1).

Les valeurs de la courbure RL du logement et de la longueur 1 du ressort à l'état de repos sont données par la géométrie du logement 9a, 9b, 9c. La longueur Γ du ressort à l'état comprimé dépend du taux de compression du ressort et est donnée par le fabricant du ressort (dépend du matériau et de la forme du ressort (taille des spires. ..)).

Ainsi, l'utilisation de ressorts hélicoïdaux semi-cintrés 7a, 7b, 7c, c'est-à-dire dont le cintrage est supérieur au rayon de courbure RL du logement 9a, 9b, 9c, et dont le cintrage est déterminé en fonction de la géométrie du logement 9a, 9b, 9c et des caractéristiques (matière géométrie) du ressort 7a, 7b, 7c utilisé permet de transmettre un couple plus important qu'un ressort cintré selon la rayon de courbure RL du logement tout en limitant la diminution des performances pour des vitesses de rotation élevées. En effet, le ressort semi-cintré permet à la fois de limiter les frottements entre le ressort et le logement à faible vitesse de rotation et de limiter les contraintes subies par le ressort à vitesses de rotation élevées, notamment supérieures à 2000 tr/min.

Par ailleurs, il est à noté que l'invention ne se limite à un amortisseur de torsion comprenant trois ressorts hélicoïdaux comme représenté sur les figures 2 et 3 mais s'étend à un nombre quelconque de ressort(s). De plus, la rondelle de maintien radial comprenant le(s) logement(s) destiné(s) à recevoir le(s) ressort(s) ne se limite pas à un voile 9 mais à toute rondelle de maintien radial comme par exemple un rondelle de guidage ou une rondelle de phasage.

L'invention concerne également un véhicule comprenant un amortisseur de torsion tel que présenté précédemment.