Entraînement par courroies dentées - Calculs avec effets dynamiques

Une transmission par courroie dentée comprend une courroie qui entraîne des éléments mécaniques en rotation. La poulie motrice impose souvent des variations de vitesse autour de la vitesse moyenne et les couples résistants sont généralement variables au cours du temps. Ainsi la réponse dynamique de la transmission entraîne l’apparition d’efforts dynamiques sur la courroie et des modifications sur la répartition de charge sur les dents.

Les articles  et  ont introduit les différentes caractéristiques pour définir les courroies dentées. De même, les caractéristiques de fonctionnement ont été recensées. L’article a présenté des méthodes simples et globales de prédimensionnement. Cet article a insisté sur les répartitions de charges en quasi-statique, entre les dents qui transmettent les efforts. Maintenant, le présent article va introduire les effets dynamiques sur la transmission elle-même et sur les répartitions de charge entre les dents. Après une introduction qui définira le périmètre des modèles et des calculs, le deuxième paragraphe présentera l’établissement du modèle dynamique avec ses équations caractéristiques, une visualisation des résultats et une validation expérimentale. Le paragraphe suivant traitera deux cas de moteurs à combustion interne avec entraînement par courroie dentée.

Les études générales sur le comportement dynamique des transmissions par courroies ne manquent pas. Elles concernent principalement soit les courroies à section trapézoïdale ou à section poly-V (1) avec des applications particulières en automobile  à , soit des bandes de grande longueur avec les tapis transporteurs  à . A partir de la théorie générale des milieux continus non linéaires, les petits mouvements de la courroie en déplacement sont obtenus tout en tenant compte des conditions aux limites imposées par les poulies motrices et réceptrices. Dans le cas général, les mouvements d’un élément de courroie en déplacement sont couplés. On peut visualiser les vibrations transversales et de rotation dans le plan, les vibrations de torsion (hors plan ), de même que les mouvements longitudinaux. L’effet des non-linéarités dues aux matériaux constitutifs de la courroie est assez visible mais les conditions d’adhérence sur les arcs d’enroulement participent aussi à l'amortissement de la transmission. A la bonne connaissance et la prise en compte du comportement du matériau de courroie, on peut opposer des schématisations simples de conditions d'adhérence et de frottement aux interfaces de contact entre les poulies et la courroie. Naturellement, des calculs numériques discrétisés (par éléments finis) sont nécessaires pour obtenir des résultats.

Dans le cas des transmissions par courroies dentées, l'engrènement des dentures complique la situation et les modèles de calcul reposent sur des simplifications . Des études expérimentales sur le comportement dynamique de ces transmissions sont centrées soit sur les vibrations de brins libres, soit sur la réponse globale de la transmission . Ainsi, à condition d'adopter quelques simplifications raisonnables du point de vue de l'objectif pratique à atteindre, des modèles numériques peuvent être élaborés et utilisés.