Entraînement par courroies dentées - Calculs avec effets dynamiques

Abstract

Une transmission par courroie dentee comprend une courroie qui entraine des elements mecaniques en rotation. La poulie motrice impose souvent des variations de vitesse autour de la vitesse moyenne et les couples resistants sont generalement variables au cours du temps. Ainsi la reponse dynamique de la transmission entraine l’apparition d’efforts dynamiques sur la courroie et des modifications sur la repartition de charge sur les dents. Les articles  [BM 5 685] et  [BM 5 686] ont introduit les differentes caracteristiques pour definir les courroies dentees. De meme, les caracteristiques de fonctionnement ont ete recensees. L’article [BM 5 687] a presente des methodes simples et globales de predimensionnement. Cet article a insiste sur les repartitions de charges en quasi-statique, entre les dents qui transmettent les efforts. Maintenant, le present article va introduire les effets dynamiques sur la transmission elle-meme et sur les repartitions de charge entre les dents. Apres une introduction qui definira le perimetre des modeles et des calculs, le deuxieme paragraphe presentera l’etablissement du modele dynamique avec ses equations caracteristiques, une visualisation des resultats et une validation experimentale. Le paragraphe suivant traitera deux cas de moteurs a combustion interne avec entrainement par courroie dentee. Les etudes generales sur le comportement dynamique des transmissions par courroies ne manquent pas. Elles concernent principalement soit les courroies a section trapezoidale ou a section poly-V (1) avec des applications particulieres en automobile  2 a  8 , soit des bandes de grande longueur avec les tapis transporteurs  9 a  13 . A partir de la theorie generale des milieux continus non lineaires, les petits mouvements de la courroie en deplacement sont obtenus tout en tenant compte des conditions aux limites imposees par les poulies motrices et receptrices. Dans le cas general, les mouvements d’un element de courroie en deplacement sont couples. On peut visualiser les vibrations transversales et de rotation dans le plan, les vibrations de torsion (hors plan  [BM 5 685] ), de meme que les mouvements longitudinaux. L’effet des non-linearites dues aux materiaux constitutifs de la courroie est assez visible mais les conditions d’adherence sur les arcs d’enroulement participent aussi a l'amortissement de la transmission. A la bonne connaissance et la prise en compte du comportement du materiau de courroie, on peut opposer des schematisations simples de conditions d'adherence et de frottement aux interfaces de contact entre les poulies et la courroie. Naturellement, des calculs numeriques discretises (par elements finis) sont necessaires pour obtenir des resultats. Dans le cas des transmissions par courroies dentees, l'engrenement des dentures complique la situation et les modeles de calcul reposent sur des simplifications  14 . Des etudes experimentales sur le comportement dynamique de ces transmissions sont centrees soit sur les vibrations de brins libres, soit sur la reponse globale de la transmission  [BM 5 686] . Ainsi, a condition d'adopter quelques simplifications raisonnables du point de vue de l'objectif pratique a atteindre, des modeles numeriques peuvent etre elabores et utilises.