Brevet FR2009366A1 — publié le 19700206

20Ô9366 La présente invention concerne un manchon à bride comprenant une pièce intercalaire annulaire en élastomère moulé et durci, comprimée radialement entre deux chemises rigides concentriques. L'alésage de la pièce intercalaire est à section 5 croissante présentant une conicité d'au moins 2° entre un petit diamètre, à la jonction entre la bride et le corps de l'intercalaire, et un grand diamètre, à l'extrémité du corps qui est à l'opposé de la bride, cette conicité ayant pour fonction d'accroître la longévité du manchon. 10 On utilise des manchons de ce type depuis de nombreuses années pour établir une liaison flexible entre deux pièces mobiles l'une par rapport à l'autre. Les manchons de la technique antérieure étaient réalisés par insertion d'une pièce de caoutchouc non durci entre deux chemises métalliques et en vulcani-15 sant ensuite le caoutchouc pour établir une liaison permanente avec chacune des deux chemises. Pendant la vulcanisation, la plus grande partie des contraintes internes du caoutchouc se détendaient. Ce type de manchon travaillait raisonnablement bien sous faible charge et pour des angles de rotation ou de 20 flexion oscillatoire relativement minimes. Un perfectionnement apporté plus tard à ce type manchon consistait à mouler et à durcir l'intercalaire en matière élastomère avant le montage du manchon, 1'épaisseur de paroi du caoutchouc étant considérablement supérieure à l'espace compris 25 entre les chemises métalliques respectivement intérieure et extérieure.Pendant le montage, l'intercalaire en caoutchouc subissait une compression radiale pouvant atteindre 40 à 60 %, et cette compression imprimait à l'intercalaire un allongement axial. Le caoutchouc qui était ainsi maintenu sous compression 30 exerçait une pression de l'ordre d'une dizaine de bars sur les chemises. Cette forte pression faisait adhérer le caoutchouc par friction aux surfaces métalliques adjacentes et permettait à la chemise extérieure de tourner par rapport à la chemise intérieure d'un angle pouvant atteindre 100° dans chaque sens 35 à partir de la position neutre sans qu'il se produise de glissement entre les chemises et le caoutchouc. Dans les manchons comprenant une bride à une extrémité, ce type de construction dans lequel l'intercalaire moulé en caoutchouc est maintenu sous une forte compression radiale 40 entraîne fréquemment un déséquilibre des forces. A l'extrémité 69 16488 2 2009366 à bride du manchon, ces forces ont fréquemment pour, effet que l'intercalaire s'échappe des chemises. En outre, la forte concentration de contraintes dans le caoutchouc à l'interface avec le métal conduit fréquemment à amorcer et propager des 5 fissures de contraintes qui entraînent une rupture prématurée du manchon. Ces fissures se développent normalement à l'extrémité libre de l'intercalaire qui est à l'opposé de la bride et progressent à travers le caoutchouc, dans le sens axial, vers l'extrémité qui porte la bride. 10 Un but de l'invention est de réaliser un manchon du type.décrit plus haut, qui comprend un intercalaire moulé et durci, comprimé radialement entre deux chemises concentriques, ce manchon étant construit de façon à assurer une durée de service plus longue. 15 Un autre but de l'invention est de réaliser un inter calaire annulaire moulé comprenant une bride à une extrémité, le diamètre de l'alésage de l'intercalaire croissant progressivement de la jonction entre le corps et la bride vers l'extrémité du corps qui est à l'opposé de la bride. 20 Suivant l'invention, on réduit les forces combinées qui agissent sur l'intercalaire en élastomère à l'extrémité d'un manchon à bride à laquelle les fissures risquent le plus vraisemblablement de s'amorcer en donnant à l'alésage qui traverse le corps de l'intercalaire une section décroissante. Cet alé-25 sage présente une conicité comprise entre environ 2° et environ 10°, entre un diamètre maximum situé à l'extrémité libre à l'opposé de la bride et un diamètre minimum à l'endroit où l'alésage et le contre-alésage se rejoignent à proximité de la jonction entre le corps et la bride. De cette façon, la pres-30 sion radiale exercée de l'intérieur vers l'extérieur contre l'extrémité de la chemise extérieure par l'intercalaire après le montage n'est pas aussi grande que celle qui existe lorsqu'on utilise un intercalaire de conception classique qui présente un alésage de diamètre uniforme. Par ailleurs, les forces combinées 35 qui agissent sur l'intercalaire \ l'extrémité libre du manchon perfectionné sont réduites, pour réduire au minimum le risque de formation et de propagation de fissures. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com-40 prendre comment l'invention peut être réalisée. 69 16488 3 2009366 La figure 1 est une vue en coupe d'un intercalaire moulé et durci suivant la présente invention. La figure 2 est une vue éclatée des divers éléments d'un exemple type de manchon à bride avant son assemblage. 5 La figure 3 est une vue en coupe d'un premier sous- ensemble comprenant l'intercalaire monté dans une chemise métallique extérieure. La figure 4 représente la phase suivante de l'assemblage dans laquelle la chemise métallique intérieure est mise en 10 place. La figure 5 est une vue en coupe de l'ensemble terminé. Sur la figure 1, on a représenté en coupe un intercalaire en caoutchouc moulé tel qu'il a été moulé avant l'assem-15 blage. L'intercalaire 1 est composé d'un corps 2 et d'une bride 4 qui fait saillie radialement vers l'extérieur à une extrémité. La surface externe 6 du corps définit une surface de révolution et est reliée à l'extrémité libre 8 de l'intercalaire par deux épaulements arrondis 10. Un alésage 12 traverse axiale-20 ment l'intercalaire et comprend une première partie 14 de diamètre uniforme à l'extrémité libre du corps et une deuxième partie 16 de diamètre décroissant qui part de la première partie vers l'intérieur. Dans l'ensemble final, la première partie 14 se trouve axialement au-delà de l'extrémité de la chemise exté-25 rieure tandis que la deuxième partie 16 à section décroissante est sensiblement recouverte par cette chemise. Cette deuxième partie 16 est raccordée par une surface conique 18 à un contre-alésage 20 qui est formé dans la bride 4 du manchon. La conicité de la deuxième partie est comprise, d'une façon générale, entre 30 environ 2° et environ 10°, le diamètre maximum se trouvant du côté de l'extrémité libre de l'intercalaire. Il est donc visible que l'épaisseur du caoutchouc du corps diminue de la bride 4 vers l'extrémité libre 8. La figure 2 est une vue éclatée des divers éléments 35 d'un manchon qui comprend l'intercalaire moulé 1, une chemise métallique extérieure 31 munie d'une collerette 33, une chemise métallique intérieure 41 de diamètre constant et deux chapeaux d'extrémités 51> 61. Le diamètre intérieur de la chemise métallique extérieure 31 est inférieur d'environ 10 % à environ 20 % 40 au diamètre extérieur du corps 20 de 1'intercalaire moulé 1. 69 16488 2009366 La chemise intérieure 41 a un diamètre supérieur d'environ 15 % à 30 % au diamètre maximum de l'alésage 12 de l'intercalaire moulé. Les chapeaux d'extrémités 51> 61 comprennent un corps cylindrique annulaire 53* 63 respectivement destiné à être emmanché 5 à force dans la chemise extérieure 41, à l'une ou l'autre des extrémités de cette chemise, et une partie en forme de disque 55, 65 respectivement, qui s'étend radialement vers l'extérieur. La figure 3 représente un manchon selon l'invention partiellement assemblé, dans lequel l'intercalaire est comprimé 10 radialement d'environ 20 % et enfoncé dans la chemise extérieure 31, jusqu'à ce que la bride radiale 4 de l'intercalaire soit en contact avec la collerette 33 et en butée contre cette bride. Un procédé d'exécution de cette opération consiste à utiliser un cône dont le diamètre intérieur minimum correspond au diamè-15 tre intérieur de la chemise. En présence d'un lubrifiant approprié, on enfonce l'intercalaire à travers le cône pour l'emmancher dans la chemise. Etant donné que le diamètre de la chemise est inférieur au diamètre de l'intercalaire moulé, cet intercalaire exerce une pression radiale considérable sur la 20 chemise, cette pression servant à maintenir l'intercalaire en place. La compression radiale de l'intercalaire lui fait subir également un certain allongement. Cet intercalaire subit, en outre, une compression et un allongement lorsqu'on emmanche la chemise intérieure 41 en 25 position dans l'alésage 12 de l'intercalaire. Comme on l'a représenté sur la figure 4, la chemise intérieure 41 a un diamètre extérieur considérablement supérieur à celui de l'alésage 12 de l'intercalaire incorporé dans le sous-ensemble et, par conséquent, il distend l'intercalaire et le comprime radiale-30 ment encore plus fortement en lui faisant subir un supplément d'allongement axial. Ceci oblige l'intercalaire à remplir la totalité de l'espace annulaire compris entre la chemise intérieure et la chemise extérieure. La longueur axiale de l'Intercalaire, après l'assemblage, est supérieur d'au moins 50 % 35 et quelquefois jusqu'à 100 fo, à celle qu'elle présente à l'état moulé en raison de la forte compression axiale. La phase finale de l'assemblage consiste à placer les chapeaux d'extrémités 51* 61 sur les extrémités du manchon en enfonçant les corps cylindriques annulaires 53* 63 dans la che-40 mise intérieure 41. Le manchon terminé représenté sur la 69 16488 5 2009366 figure 5 est alors prêt à l'utilisation. Ainsi qu'on l'a mentionné plus haut., le diamètre interne décroissant de l'intercalaire assure une répartition plus favorable des forces dans l'ensemble en réduisant ainsi le ris-5 que de rupture du manchon en utilisation. L'exemple suivant servira à illustrer les avantages qu'on peut obtenir par l'application de la présente invention. On prépare un mélange de caoutchouc en mélangeant dans un malaxeur Banbury 100 parties de feuille fumée n° 1, 40 par-10 ties de noir de carbone Channel, et de petites quantités d'un activateur approprié, d'un plastifiant et d'un retardateur pour former une charge-mère. On brasse ensuite cette charge-mère avec un agent de durcissement, des accélérateurs et des antioxydants pour produire une formule appropriée pour le moulage. 15 On prépare un certain nombre d'intercalaires de caout chouc, dont la forme est à peu près analogue à celle de l'intercalaire représenté sur la figure 1, par moulage par injection et on les fait durcir ensuite à une température de 151°C pendant 12 minutes dans un four à air soufflé pour donner un 20 produit ayant une dureté d'environ 60 mesurée au duromètre. Ces intercalaires ont tous les dimensions approximatives suivantes : Longueur axiale 25*4 mm Longueur du corps 20,3 mm Epaisseur de la bride 5*1 mm Diamètre extérieur de la bride 34*5 mm Diamètre du contre-alésage 17*2 mm Diamètre extérieur du corps 31*5 mm Diamètre de l'alésage au droit de la bride 12,7 mm Diamètre de l'alésage à l'extrémité libre 14,2 mm Conicité 5*7' 3 On assemble chacun de ces intercalaires moulés entre une chemise extérieure ayant une longueur axiale de 33*5 mm et un diamètre intérieur de 26,4 mm et une chemise métallique in-35 térieure de 42,9 mm de longueur et ayant un diamètre extérieur de 17,5 mm. Les chemises métalliques, qui sont fabriquées à partir de tubes d'acier réétirés, sont tout d'abord entièrement décapées et phosphatées avant l'assemblage. Ce traitement est normalement utilisé pour assurer une meilleure liaison avec 40 le caoutchouc et pour augmenter la résistance à la corrosion des 69 16488 2009366 éléments métalliques. On assemble le manchon sur une machine d'assemblage verticale normalisée, en enfonçant tout d'abord l'intercalaire de caoutchouc dans la chemise extérieure puis en utilisant un 5 mandrin conique pour introduire la chemise intérieure dans l'alésage de l'intercalaire. Dans l'ensemble terminé, l'intercalaire présente une longueur d'environ 41 mm, au lieu de la longueur axiale initiale de 25*4 mm. L'épaisseur initiale du caoutchouc dans le corps est d'environ 17*3 mm à l'extrémité 10 libre et d'environ 18,8 mm à l'extrémité adjacente à la bride. L'épaisseur finale de l'intercalaire dans le manchon assemblé est de 9*1 mm. On laisse ces manchons reposer pendant au moins 24 heures pour permettre au caoutchouc d'absorber totalement le lubrifiant,de façon à pouvoir obtenir le frottement maximal 15 entre l'intercalaire et les manchons. On monte vingt-quatre de ces manchons sur une machine d'essai de longévité dans laquelle la chemise métallique intérieure est maintenue fixe et où on fait osciller la chemise métallique extérieure sur un arc d'environ 60° à partir d'une position neutre sous une charge 20 radiale uniforme de l'ordre de quelques centaines de kilogrammes. L'essai est effectué à la température ambiante. Tous les manchons subissent avec succès 200.000 cycles et la moyenne •est d'au moins 325.000 cycles avant la rupture. On assemble et on soumet au même essai un nombre égal 25 de manchons identiques à ceux décrits ci-dessus, saùf que l'alésage de l'intercalaire présente un diamètre constant de 13*5 mm à l'état moulé. Sur ces manchons, dix-huit se brisent avant d'atteindre 200.000 cycles. La durée moyenne de ces vingt-quatre manchons est inférieure à 175-000 cycles. On peut ainsi voir 30 que, par le simple expédient consistant à donner une conicité comme celle que l'on a décrite plus haut, on peut obtenir un accroissement considérable de la durée utile des manchons. Les manchons produits suivant l'invention peuvent être utilisés partout où l'on emploie normalement un manchon à 35 bride. Par exemple, ce manchon peut être utilisé dans le bras de commande supérieur de la suspension avant d'une automobile. D'autres utilisations comprennent les supports du moteur, les supports des amortisseurs, les isolateurs de vibrations, etc... L'intercalaire est, de préférence, moulé en un mélange 40 de caoutchouc naturel et est, de préférence, en mélange avec 69 16488 7 2009366 divers additifs, les quantités et natures de ces additifs dépendant du type de l'utilisation, des conditions d'environnement et d'autres paramètres qui concernent l'utilisation. Ces intercalaires moulés et durcis ont normalement une dureté 5 comprise entre environ 40 et environ 65 au duromètre, suivant la quantité et les types de charges et d'huiles qui sont utilisés. Ces intercalaires sont, de préférence, formés par moulage par injection ou par transfert. On peut également utiliser des mélanges de caoutchoucs synthétiques tels que le "Neoprene", 10 le caoutchouc butyle, ainsi que d'autres. Les chemises extérieures et intérieures sont normalement métalliques. Toutefois, on peut normalement utiliser, pour cette application, des matières plastiques ou autres matières rigides. Il n'est pas nécessaire que la chemise extérieure soit 15 circulaire. Au contraire, elle peut être ovale ou présenter une autre forme. Les manchons suivant l'invention peuvent être assemblés dans n'importe laquelle des machines classiques qui sont normalement utilisées pour la fabrication des manchons à bride. Il est habituel, bien que non essentiel, d'utiliser un lubrifiant 20 à base d'hydrocarbure peur faciliter le montage. Il convient de remarquer que l'on peut utiliser un adhésif pour lier l'intercalaire à l'une ou à chacune des chemises intérieure et extérieure afin d'accroître davantage la résistance au glissement. Il est de pratique habituelle d'utiliser pour cela une colle ac-25 tivée par la chaleur, ce qui nécessite une phase de chauffage à la suite de la phase d'assemblage. Toutefois, on peut également utiliser d'autres types de colles. Dans de nombreux cas, on peut omettre de ces manchons les chapeaux d'extrémités sans affecter notablement leur fonc-30 tionnement. Le manchon, représenté sur la figure 4, constitue alors un exemple type du dispositif final. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, 35 sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. 69 16488 2009366 0 REVENDICATIONS 1.- Ensemble de manchon comprenant un élément cylindrique rigide intérieur, un élément rigide extérieur concentrique à l'élément intérieur espacé de ce dernier et qui présente une 5 bride à une extrémité, et un intercalaire annulaire d'une seule pièce en élastomère moulé et durci comprimé radialement entre l'élément intérieur et l'élément extérieur, cet intercalaire étant composé d'un corps s'étendant axialement et présentant une extrémité à bride qui est destinée à s'appuyer en butée sur 10 la bride de l'élément extérieur, le corps présentant à l'état normal non contraint avant assemblage, une longueur axiale inférieure à celle des éléments rigides, un diamètre extérieur supérieur au diamètre intérieur de l'élément extérieur, et un alésage qui traverse axialement le corps et qui présente une 15 section croissante dont le diamètre croît de la bride radiale vers l'extrémité opposée de l'intercalaire, le diamètre intérieur maximum de l'alésage étant inférieur au diamètre extérieur de l!élément intérieur rigide. 2.- Ensemble de manchon selon la revendication 1, carac-20 térisé en ce que la conicité de l'alésage est comprise entre environ 2° et environ 10°. 3.- Ensemble de manchon selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la bride axiale de l'intercalaire, à l'état normal non contraint, a un diamètre 25 intérieur qui est inférieur au diamètre intérieur minimum de l'alésage conique. 4.- Ensemble de manchon selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'alésage conique est réùni à son extrémité libre à une partie de diamètre constant 30 qui, après l'assemblage, se trouve axialement au-delà de l'extrémité correspondante de l'élément extérieur. 5-- Manchon élastique comprenant un intercalaire annulaire en matière élastomère ayant un corps comprimé radialement entre une chemise intérieure et une chemise extérieure, et pré-35 sentant à une extrémité une bride qui est en butée sur une bride correspondante formée à une extrémité de la chemise extérieure, le corps de l'intercalaire à l'état moulé étant percé d'un alésage dont la section croît d'un petit diamètre situé à l'extrémité à bride jusqu'à un grand diamètre situé à l'extrémité 40 libre, de sorte que la pression exercée radialement vers l'exté 69 16488 9 2009366 rieur par l'intercalaire sur la chemise exterieure est plus petite à l'extrémité libre qu'à l'extrémité à bride. 6.- Manchon suivant la revendication 4., caractérisé en ce que la conicité de l'alésage est comprise entre environ 2° 5 et environ 10°. 7.- Manchon suivant la revendication 5 caractérisé en ce que l'intercalaire est comprimé radialement, d'entre environ 40 et environ 60 % dans l'assemblage final.