Brevet FR2001509A1 — publié le 19690926

O901744 1 01509 La présente invention -concerne un dispositif de suspension élastique, à caractéristique instable, destiné par exemple au montage en parallèle avec un groupe de ressorts présentant une caractéristique stable, par exemple linéaire, de façon à obtenir une 5 caractéristique finale douce de la suspension élastique réciproque de deux éléments, en particulier de parties d'un véhicule. Les avantages de la suspension élastique douce sont connus. De façon approximative, on peut dire que dans ce cas, pour un mou vement d'oscillation donné d'une des parties, par exemple d'une 10 roue de véhicule, caractérisé par une accélération élevée, les oscillations de la deuxième partie, par exemple drune caisse de véhicule, présentent une accélération d'autant plus faible que la suspension élastique mutuelle des deux parties est plus douce. Pour réaliser une suspension élastique, on utilise des ressorts, 15 c'est-à-dire des éléments solides en acier, caoutchouc ou autres matériaux. De plus, on utilise également des soufflets remplis de gaz. Pour la suspension élastique dans le sens horizontal on utilise également la suspension pendulaire. Eessorts et soufflets se déforment sous l'action des forces extérieures et permettent des 20 modifications de position réciproques relativement importantes de deux parties reliées par la suspension. Par la notion de caractéristique d'un élément de suspension élastique ou de tout un système de suspension élastique s'exprime le rapport entre d'une part la force qui s'exerce et d'autre part l'amplitude de la modifica-25 tion de position réciproque des parties suspendues élastiquement qui se produit dans la direction et dans le sens de la force qui s'exerce ; le rapport entre l'augmentation de l'action de force et l'augmentation de l'amplitude de modification de position donne ce qu'on appelle la constante de rappel ou constante élastique 30 de l'élément de suspension élastique ou du système de suspension élastique. Les éléments de suspension élastique utilisés présentent une caractéristique stable ; leur constante élastique est positive. Pour une suspension élastique à faible constante élastique, c'est-à-dire une suspension élastique douce, les ressorts 35 constitués de corps solides s'avèrent passablement volumineux et les suspensions pendulaires sont trop longues. C'est pourquoi une suspension élastique douce ne peut être que difficilement logée dans une liaison entre deux parties, par exemple deux parties de véhicule ; de plus, elle est lourde et coûteuse. Lorsque la char-40 ge de base des ressorts subit une variation importante, par exem- 6901744 2 2001509 pie au moment du chargement ou du déchargement du véhicule, les ressorts constitués de corps solides subissent d'importantes déformations et la douceur de la suspension élastique doit alors être limitée de façon que le changement de position réciproque de 5 deux parties reliées l'une à l'autre par suspension élastique res te à l'intérieur des limites fixées par les exigences imposées à la construction ; à titre d'exemple, la constante élastique de la suspension élastique d'un véhicule sur rails est limitée par la plus grande différence de hauteur admissible des attelages. La 10 suspension élastique au moyen dé soufflets peut être réalisée très douce et la position réciproque des parties reliées au moyen de cette suspension élastique peut être maintenue dans des limites données en introduisant ou en évacuant du gaz sous pression. Mais, pour fonctionner, cette suspension élastique nécessite une 15 source de pression, c'est-à-dire une source d'énergie extérieure et pour avoir une suspension élastique douce, il faut prévoir des réservoirs à gaz volumineux. En montant en série ou en parallèle les1éléments de suspension élastique à constante d'élasticité positive il n'est pas possible d'obtenir une suspension élastique à 20 constante d'élasticité négative comme c'est nécessaire dans des cas particuliers, par exemple quand il s'agit de relier un cadre de boggie avec la caisse du véhicule pour leur pivotement réciproque autour de l'axe vertical. Une suspension élastique douce à caractéristique stable et à 25 constante d'élasticité quelconque, et éventuellement une suspension élastique à caractéristique instable peuvent être obtenues en utilisant dans le système de suspension élastique un dispositif de suspension suivant l'invention à caractéristique instable, en particulier en montage en parallèle avec un groupe de ressorts à 30 caractéristique stable. Le dispositif de suspension élastique suivant l'invention à caractéristique instable se compose d'un ou plusieurs éléments montés en parallèle. Les caractéristiques et avantages de la présente invention 35 ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, en référence aux dessins anexés dans lesquels : - la figure 1 représente de façon schématique le dispositif .de suspension élastique à caractéristique instable ; - les figures 2 et 3 représentent graphiquement une caracté-40 ristique du groupe de ressorts dans le dispositif de suspension 6901744 3 2001509 élastique ; - la figure 4 est une représentation graphique d'une caractéristique du dispositif de suspension élastique lui-même ; - la figure 5 représente une caractéristique de système com-5 posé du dispositif de suspension élastique et d'un groupe de ressorts montés en parallèle avec lui ; - la figure 6 représente un mode de réalisation de tendeur ; - la figure 7 représente un mode de réalisation du dispositif élastique dans la suspension primaire d'un véhicule sur rails; 10 - la figure 8 représente un mode de réalisation du disposi tif de suspension élastique à caractéristique instable, et - la figure 9 représente une forme de réalisation du dispositif de suspension élastique suivant l'invention dans la suspension secondaire d'un véhicule sur rails. 15 Un dispositif de suspension élastique à caractéristique ins table suivant l'invention, avec son élément de construction, est représenté à la figure 1. L'élément de construction de ce dispositif de suspension élastique est un mécanisme plan formé par deux éléments supports 1 et 2 et un tendeur 3 placé entre ces 20 deux éléments. Chacun des éléments supports 1 et 2 est entraîné dans la direction permise par les ressorts par l'une des deux par ties 10, 20 qui sont reliées par suspension élastique l'une à l'autre, par exemple des parties d'un véhicule. L'axe du tendeur 3 est, en position médiane de l'élément de construction, dirigé 25 suivant la direction x qui est perpendiculaire à la direction 2 de l'effort de suspension élastique et, pendant le processus d'amortissement, il prend une position s8 écartant dans un. sens ou dans 1 ' autre de sa position moyenne. Les éléments supports sont appliqués contre le tendeur 3 par un groupe de ressorts qui engen 30 drent une tension préalable agissant dans la direction x perpendiculaire à la direction j de l'effort de suspension élastique. On désigne par P la tension préalable produite par le groupe de ressorts, et par S les réactions par lesquelles le tendeur J agit sur les éléments supports 1 et 2. Ces réactions S peuvent se dé-35 composer en deux composantes perpendiculaires l'une à l'autre, dont les composantes X sont parallèles à la direction x et d*une valeur égale à la tension préalable P tandis que les composantes Y sont dirigées parallèlëment à la direction j. Lorsque les parties 10 et 20 reliées l'une à l'autre élastiquement se déplacent 40 réciproquement dans le sens £ à partir de leur position moyenne BAD ORIGINAL 6901744 4 2001509 réciproque qui correspond à la position moyenne de l'élément de construction du dispositif de suspension élastique, les éléments supports 1 et 2 correspondant aux parties reliées élastiquement 10 et 20 se déplacent également dans la direction £ en même temps 5 que ces parties» l'axe du tendeur s'écarte de sa position moyenne dans laquelle il était dirigé suivant x, les réactions du tendeur 3 prennent une direction oblique par rapport à la direction x et les composantes T agissent par la réaction S sur les éléments emp ports 1 et 2 et sur les parties reliées élastiquement 10 et 209 10 en les déplaçant dans la direction j bors de leur position moyenne réciproque. Le dispositif de suspension élastique agit par eoa séquent comme un ressort à caractéristique instable et à constante d'élasticité négative. La figure 4 représente la caractéristique a du dispositif de 15 suspension élastique pour une caractéristique f (voir figure 3) du groupe de ressorts 5» 6, qui montre le rapport entre d'une part la diminution de la tension préalable et d'autre part le rap prochement mutuel des éléments supports 1 et 2 dans la direction x qui résulte du fait que le tendeur 3 a 'une longueur définitive 20 En montant en parallèle un élément de construction du dispositif de suspension élastique à caractéristique instable et -un group© de ressorts non représenté dans le dessin qui est chargé par la force Z ou par l'accroissement de cette force dont la caractérisa tique stable est représentée à la figure 5 par la ligne c, on ©Tb>-= 25 tient un système de suspension élastique à caractéristique final© stable (voir figure 5, courbe d) qui, en comparaison du group© d© ressorts, présent© me constante d'élasticité plus faible. Grâce aux dispositions qui viennent d'être décrites mettasat en oeuvre ua dispositif de suspension élastique à caractéristique 30 instable9 on a la possibilité de réaliser une suspension élastique présentant ua© douceur quelconque voulue, mais cette douccrr-? fi® J.9. anspeasioa eoatinne à rester restreinte dans les sas où la lisite des positions finales réciproques des parties reliées ôlas tiquement est donnée pour des charges statiques extrêmes de la 35 suspension élastique, par exemple, s'il s'agit de la suspension verticale des véhicules, pour le véhicule chargé au maximum dsm® part et pour le véhicule entièrement déchargé de l'autre. Cet inconvénient est supprimé grâce au mode de réalisation du dispositif de suspension élastique suivant l'invention représenté à la 40 figure 1. Dans ce mode de réalisation, les butées 16 sont reliées BAD ORIGINAL 6901744 5 2001509 solidairement à l'une des parties assemblées l'une à l'autre par la suspension élastique. L'élément support 2 qui est entraîné pen dant l'opération de suspension élastique par la seconde des parties reliées élastiquement, c'est-à-dire la partie 20, ou "bien la 5 mâchoire 21 reliée solidairement à l'élément support 2, sont reliés à la deuxième partie 20 de façon réglable dans le sens de l'effort d'amortissement j pour permettre de modifier la position réciproque de l'élément support 2 et de la deuxième partie 20 reliée élastiquement, après qu'a été atteinte une certaine longueur 10 de course yg ou ?2 1,ïLn- ^es éléments supports par rapport à l'autre à partir-le leur position moyenne dans la direction 2» soit dans un sens soit dans l'autre, cette opération s'effectuant après que ledit élément support 2 ou une mâchoire 21 qui lui est reliée solidairement est entré en contact avec l'une des "butées 15 16 qui sont montées sur la première des parties reliées élastique ment, c'est-à-dire la partie 10. La liaison entre l'élément support 2 ou la mâchoire 21 et la partie correspondante 20 de la sus pension s'effectue par friction ou au moyen d'une cannelure et est capable de transmettre la réaction réciproque suivant une in-20 clinaison par rapport à la direction x supérieure à l'inclinaison de l'axe du tendeur au moment du contact de l'élément support 2 ou de la mâchoire 21 avec la butée 16. Pour le changement de position, la résistance au mouvement à surmonter est supérièure à la composante Y de la réaction S du tendeur 3 au moment du con-25 tact entre la butée 16 et l'élément support 2 ou la mâchoire 21. Pour obtenir une faible résistance au moment du changement de position, il est proposé suivant tin mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention que, pour le groupe de ressorts 5, 6 produisant la tension préalable, le rapport entre la tension 30 préalable et le déplacement mutuel des éléments supports 1 et 2 dans la direction x de la tension préalable soit caractérisé par une diminution notable de la tension préalable pour un déplacement mutuel X/j. Au déplacement Xj correspond la course y^ effectuée par un eXément support par-rapport à l'autre en partant de 35 la position médiane dans la direction 2 juste avant l'entrée en contact de la butée 16 avec l'élément support 2 ou la mâchoire 21. Dans 1'exemple de réalisation représenté à la figure 1, ce résultat est obtenu grâce au fait que dans le groupe de ressorts 5» 6 la course des ressorts 5 est limitée par la butée 17 qui reçoit 40 la fraction de tension préalable produite par ces ressorts 5- O901744 6 2001509 La figure 4 montre la caractéristique (ligne b) du dispositif de suspension élastique dans le système déjà décrit et la figure 5 permet de voir la caractéristique (ligne e) d'un système constitué du dispositif de suspension élastique décrit et du grou 5 pe de ressorts monté en parallèle à ce dispositif qui présente par lui-même une caractéristique stable linéaire représentée par la ligne e. Sur les lignes b et e l'allure de la charge ou de la diminution de charge de la suspension est représentée par des flè ches ; les déplacements yj et jjj correspondent aux nouvelles po-10 sitions moyennes de l'élement de construction du dispositif pour une modification de charge de base de la suspension élastique. Le rapport entre la tension préalable du groupe de ressorts 5 et 6 et le rapprochement mutuel des éléments supports 1 et 2 est repré senté à la figure 3 par la ligne f. 15 Dans la représentation schématique de l'élément de construc tion du dispositif de suspension élastique de la figure 1, le ten deur 3 est au contact des éléments supports 1 et 2 par ses arêtes. Dans la réalité, il pourrait se produire aux; points de contact des éléments 1 et 2 avec le tendeur 3 des écrasements et la durée 20 de vie du dispositif de suspension élastique serait alors courte. Il est évident que le mécanisme idéal, tel qu'il est représenté schématiquement, peut être remplacé par un autre mécanisme qui lui est équivalent au point de vue cinématique. C'est ainsi que, suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, le ten-25 deur 3 se présente sous la forme d'un cylindre de révolution et que les éléments supports 1 et 2 présentent des surfaces de contact cylindriques convexesj les"génératrices des surfaces latérales cylindriques du tendeur 3 et des éléments supports 1 et 2 étant parallèles entre elles et le tendeur 3 roulant sur les élé-30 ments supports 1 et 2. Le dispositif décrit peut être également réalisé sous une forme résistant à l'écrasement dans les surfaces de contact des éléments supports 1 et 2 et du tendeur 3. Dans le cas où les surfaces cylindriques des éléments supports sont disp© sées réciproquement symétriques par rapport à l'axe du tendeur cy 35 lindrique 3s les réactions réciproques du tendeur 3 et des éléments supports 1 et 2 sont toujours dirigées perpendiculairement aux surfaces cylindriques du tendeur 3 et des éléments supportai et 2 et elles ne comportent donc aucune composante dirigée tangenti&l lement à ces surfaces qui serait susceptible de provoquer une 40 adhérence entre le tendeur 3 et les éléments supports 1 et 2 1©es 6901744 7 2001509 du mouvement de roulement du tendeur. La figure 6 représente un élément de construction dans lequel aussi "bien le tendeur 3 que les éléments supports 1 et 2 sont des cylindres de révolution ayant le même diamètre. La position réciproque des axes des trois 5 cylindres dans un même plan est assurée contre tout dérangement éventuel par la cage 4. En montant en parallèle plusieurs éléments de construction dans un dispositif de suspension élastique on peut multiplier l'effet des éléments de construction. C'est ainsi que la figure 7 10 montre un dispositif constitué de deux éléments de construction qui, dans la position moyenne du dispositif de suspension élastique, sont disposés symétriquement par rapport à l'axe de symétrie dirigé perpendiculairement à la direction 2 1'amortissement et à la direction x de la tension préalable. Les éléments supports 1 15 et 2 des éléments de construction s'appuient dans la direction de tension préalable x directement contre les parties 10 et 20 reliées élastiquement et le couple de forces de tension préalable dans deux éléments de construction est produit par le groupe de ressorts 7 et 8 qui sont montés intercalés dans la suspension 20 élastique mutuelle entre les deux parties reliées par cette suspension. Dans le cas concret représenté à la figure 7» la première partie 10 de la suspension représente un cadre de boggie et la deuxième partie 20 est un corps de boîte d'essieu d'un véhicule sur rails. Les ressorts porteurs 7 et 8 de la suspension élasti-25 que verticale sont disposés de part et d'autre du corps de boîte d'essieu ; les éléments de construction du dispositif de suspension élastique suivant l'invention sont, en position moyenne de ce dispositif, disposés symétriquement par rapport à l'axe de la boîte d'essieu et de l'essieu du véhicule sur railss et leurs élé 30 ments supports 1 et 2 s'appuient d'une part contre le corps de boîte d'essieu 20 et d'autre part contre les butées d'essieu 13 qui forment une "partie du cadre de "boggie L© eompl® de forces de tension préalable dans deux éléments de construction du dispositif de suspension élastique est produit par un groupe de res-35 sorts dont les ressorts sont directement intercalés dans la suspension. Dans l'exemple en question, ce résultat est obtenu grâce au fait que l'un des ressorts porteurs 8 est muni d'une base d'ap pui 9 et transmet une charge supérieure à celle transaise par le deuxième ressort 7. Le dispositif représenté à la figure 7 rend 40 plus douce la suspension verticale du cadre de boggie 10 par rap 6901744 8 2001509 port au corps de boîte d'essieu 20 et sert en même temps au guidage mutuel des deux parties 10 et 20 dans le sens vertical. Un autre mode de réalisation avantageux des éléments de coas truction dans le dispositif de suspension élastique suivant l'ia-5 vention est représenté à la figure 8. Deux couples d'éléments de construction sont disposés symétriquement par rapport au plan, de symétrie qui est dirigé parallèlement à la direction d'amortissement 2 et perpendiculairement à la direction de tension préalable x. Les éléments supports 1 des éléments de construction les plus 10 éloignés du plan de symétrie sont entraînés dans la direction d'à mortissement j par l'une des parties reliées par la suspension» la partie 10, tandis que les éléments supports 2 les plus proches du plan de symétrie sont entraînés dans la direction d*amortises--ment £ par la deuxième partie 20 de la suspension. Dans le cas 15 concret de la figure 8, l'une des parties suspendues est la boîte 10 et la deuxième partie est la tige 20. Ces deux parties sont re liées au moyen d'articulations à d'autres organes, par exemple à des parties du véhicule. La figure 9 montre un exemple d'un tel assemblage avec le cadre de boggie et avec le berceau de boggie 20 d'un véhicule sur rails. Les éléments supports 1 et 2 et les tendeurs 3 se présentent sous la forme de petits cylindres de révolu tien ayant un même diamètre et le tendeur 3 est guidé par rapport aux éléments supports 1 et 2 au moyen d'une cage 4. Les éléments supports extérieurs 1 prennent appui dans des logements cylindri-25 ques sur la base d'appui 11 qui repose dans la direction x sur l'élément porteiii? 12», La base d'appui 11 et l'élément porteur i2 sont guidés par 1 si boita 10. Entre le support 12 et le couver©!© 'ii4 de la "boîte iO sont serrés au moyen des vis 15 les ressorts-lames 5 s Q.ui agissent dans la direction x perpendiculaire à la Si 30 rection &°amortissement £ en exerçant une tension uniforme préalable P sur chacun des éléments supports 1 des deux couples d'êlé ments de construction. Les éléments supports intérieurs 2 des deux couples d'éléments prennent appui dans les logements sur les mâchoires 21 qui, au moins pour une partie de la course du disp®-35 sitif de suspension élastique à partir de la position moyenne, sont reliées rigidement à la tige 20. Le dispositif représenté à la figure 8 peut être adapté au changement de position moyenne du dispositif de suspension élastique. A cet effet, la tige 20 et les mâchoires 21 sont munies sur leurs surfaces de contact de cgb. 40 nelures qui empêchent les mâchoires 21 de glisser le long de la BAD ORIGINAL 6901744 9 2001509 tige 20 même lorsque la réaction S du tendeur 3 s'exerce suivant l'inclinaison la plus grande possible, tant que dans leur course 7*2 ou y2' à partir de la position moyenne dans la direction d'amortissement 2 e"fc dans l'un ou l'autre sens de déplacement, les 5 "butées 16 disposées sur la "boîte 10 ne viennent pas heurter les mâchoires 21 et ne les déplacent pas le long de la tige 20 avec les éléments d'appui 2 après avoir surmonté la résistance. Dans l'exemple représenté, on peut obtenir une diminution de la résistance grâce au fait que le support 12 qui, lors du déplacement de 10 l'élément d'appui 2 à partir de la position moyenne par rapport à l'élément d'appui 1, se rapproche de l'élément d'appui 2 suivant la direction x vient heurter les butées 17 de la boîte 10 après la course effectuée dans la direction x, avant que la mâchoire 21 ne vienne heurter la butée de la boîte 10. L'élément d'appui 1 15 poursuivant son mouvement dans la direction x vers l'élément d'ap pui 2, les butées 17 absorbent la totalité de la tension préalable du ressort 5 et la tension préalable des éléments de construc tion n'est plus alors produite que par une force relativement petite du ressort auxiliaire 6 qui repousse la base d'appui 11 par 20 rapport au support 12. 6901744 10 .2001509 REVENDICATIONS 1.- Dispositif de suspension élastique à caractéristique ins table, destiné par exemple au montage en parallèle avec un groupe de ressorts qui présente une caractéristique stable, par exemple 5 linéaire, en vue d'obtenir une caractéristique finale douce de la liaison élastique réciproque entre deux parties, en particulier des parties d'un véhicule, caractérisé en ce qu*il se compose d'un ou plusieurs éléments de construction montés en parallèle dont chacun est un mécanisme plan formé par deux éléments d'appui 10 et par tua tendeur engagé entre ces éléments, chacun des éléments d'appui étant entraîné dans la direction de l'amortissement par l'une des parties, par exemple parties de véhicule, reliées réciproquement par liaison élastique ; caractérisé également en ce que, dans la position moyenne de l'élément de construction, l'axe 15 de tendeur se trouve dans une direction perpendiculaire à la direction de l'amortissement et, lors de l'amortissement, prend une position s*écartant de la position moyenne dans l'un ou l'autre sens, les éléments supports étant serrés contre le tendeur au aoy en d'un groupe de ressorts qui produisent la tension préalable di 20 rigée perpendiculairement à la direction d'amortissement. 2.- Dispositif selon 1, caractérisé en ce que à l'une des parties assemblées par la suspension élastique sont reliées solidairement des butées, et l'élément support qui est entraîné par la deuxième de ces parties de la suspension ou la mâchoire soli- 25 daire de cette partie sont reliées à cette deuxième partie de façon réglable dans la direction de l'amortissement en vue de modifier la position réciproque de cet élément support et de la partie suspendue correspondante au moyen des butées lorsque l'élément de construction s'écarte de sa position moyenne dans l'un ou 50 l'autre sens, la liaison entre l'élément d'appui en question ou la mâchoire avec la partie suspendue correspondante, effectuée par exemple au moyen de cannelures, étant susceptible de transmet tre la réaction réciproque sous un angle très élevé par rapport à la direction de l'axe du tendeur au moment où l'élément support 35 ou la mâchoire solidaire de cet élément entrent en contact avec les butées qui sont prévues sur la première des parties suspendues élastiquement. 3.- Dispositif selon 1 ou 2, caractérisé en ce que le groupe 6901744 n 2001509 de ressorts agissant sur les éléments supports produit une tension préalable dont le rapport de dépendance à l'égard du déplace ment mutuel des éléments supports en direction de la tension préalable présente une chute de tension préalable importante avant 5 l'entrée en contact de l'une des butées associées à la première partie suspendue élastiquement avec le deuxième élément support ou avec la mâchoire qui lui est reliée solidairement, ce résultat pouvant par exemple être obtenu grâce au fait que quelques uns dœ ressorts du groupe de ressorts produisant la tension préalable 10 présentent une course limitée par les butées au moment de la chute partielle de tension préalable. 4.- Dispositif selon 1, caractérisé en ce que le tendeur est un cylindre de révolution et les éléments supports présentent des surfaces de contact cylindriques convexes, les génératrices des 15 surfaces cylindriques du tendeur et celles des éléments d'appui étant réciproquement parallèles. 5-- Dispositif selon 1, caractérisé en ce que le dispositif se compose de deux éléments de construction qui, en position moyenne du dispositif de suspension élastique, sont disposés symétri 20 quement par rapport à l'axe de symétrie dirigé perpendiculairement à la direction d'amortissement et à la direction de tension préalable, les éléments supports prenant appui dans la direction perpendiculaire à la direction d'amortissement contre les parties suspendues élastiquement correspondantes et le couple de forces 25 de tension préalable dans les deux éléments de construction étant produit par un groupe de ressorts dont les ressor-ts sont montés en parallèle dans la suspension élastique réciproque des deux par ties reliées par cette suspension, pas? exemple âaas la suspension verticale du véhicule, de telle façon que l'un des deux ressorts 30 à boudin identiques à axe vertical est muni d'une base d'appui. 6.- Dispositif selon 1, caractérisé en ce qu'il comporte un nombre pair d'éléments de çonstruction qui sont disposés symétriquement par rapport au plan de symétrie dirigé parallèlement à la direction d'amortissement et perpendiculairement à la direction 35 de tension préalable, les éléments supports des éléments de construction les plus éloignés du plan de symétrie' étant entraînés par une des parties suspendues élastiquement dans la direction d'amortissement et les éléments supports les plus proches du plan de symétrie étant entraînés dans cette même direction par une 40 deuxième partie suspendue élastiquement. •• ■=* BAD ORIGINAL