Brevet FR2266060A1 — publié le 19751024

l'invention concerne un dispositif de suspension permettant de protéger des appareils fragiles, par exemple des appareils de mesure contre les effets de choc qui se produisent quand le support de ces appareils effectue de brusques mouvements dtsmplitude notable et de direction quelconque avec de fortes accélérations e Ceci est particulièrement le cas lors des mouvements de terrains et de bâtiments dus à des séismes ou à de fortes explosions0 Dans ces conditions, les dispositifs classiques de supports anti-chocs ont une course beaucoup trop limitée et ne sont généralement efficaces que suivant une partie des six composantes possibles du mouvement (trois translations et trois rotations dans le cas le plus général). les systèmes rudimentaires de suspension par ressorts de traction ou lanières élastiques ne permettent pas un contrôle,sérieux des rigidités et des amortis serments nécessaires pour optimiser le système en fonction des accélérations acceptables et de ltamplitude des mouvements du support. le dispositif de suspension qui fait l'objet de lBinven- tion est adapté pour conserver à ltélément ou appareil suspendu (ci-après dénommé "mobile") les six degrés de liberté en translation et rotation, en constituant selon ces six degrés des système mes oscillants découplés et à fréquence propre réglable avec possibilité d' amortissement. la description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut etre réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention0 La figure i montre schématiquement en perspective et à petite échelle un mode de réalisation dtun dispositif de suspension selon l'invention0 La figure 2 montre à plus grande échelle et en coupe axiale l'une des suspentes, par exemple la suspente marquée 3a sur la figure io la figure 3 est une coupe selon III-III de la figure 2. la figure 4 est une coupe selon IV-IV de la figure 2o Sur la figure 1 on voit en i un support rigide supposé fixé à un mur de bâtiment la et figuré sous la forme d'une console horizontale contreventée. En 2 se trouve le mobile à protéger figuré sous la forme schématique d'un parallélépipède rectangle (ce peut être par exemple une botte renfermant des appareils de mesure) mais pouvant présenter toute autre forme0 le mobile 2 est suspendu au support 1 par quatre suspen tes 3a > 3c, 3c > 3c, 3d, dont la constitution sera décrite ci-après. Ces suspentes, verticales ou sensiblement telles en position de repos, sont assujetties par leur extrémité inférieure au mobile en des points 4a, 4b, 4c, 4d, choisis de telle sorte que ces points soient dans un même plan contenant le centre de gravité G du mobile et que les diagonales 4a-4c et 4b-4d du quadrilatère formé par lesdits points soient deux des axes principaux d'inertie du mobile0 Il est avantageux de régler la répartition des masses du mobile et la longueur des suspentes pour que ces deux axes principaux soient horizontaux, le troisième axe étant alors vertical. les points de fixation 4a, 4b, 4c, 4d sur le mobile et les suspentes elles-memes sont suffisamment écartés du contour extérieur du mobile pour permettre tous les débattements de celui-ci en translation et rotation. Les points marqués 5a, 5b, 5c, 5d sont les points géométriques du support 1 sur lesquels s'articulent les suspentes. Chacune de celles-ci comprend une tige 6 traversant de part en part le support 1, filetée dans sa partie supérieure 7 et vissée à son extrémité inférieure dans un embout 16 (figures 2 et 3). l'extrémité 7 est vissée dans un manchon cylindrique taraudé 8 dont la surface extérieure sert de guidage à un ressort hélicoïdal 9 appuyé à son extrémité supérieure contre une collerette 8' qui termine le manchon 8o le ressort 9 repose à son extrémité inférieure sur une rondelle de butée 10 solidaire d'un fourreau il qui enferme le ressort dans sa partie basse et qui est destiné à empêcher la déformation de ce ressort par flambage. le collerette 8' a un diamètre assez petit pour pouvoir pénétrer à l'intérieur du fourreau il pendant les débattements du système et les longueurs des pièces Il et 8 sont en outre telles que le ressort soit toujours guidé soit à l'extérieur par le fourreau Il soit à l'intérieur par le manchon 8. La tige 6 peut coulisser librement à travers la rondelle 10. Elle passe ensuite entre les mâchoires i 2a, 12b de 12 amortisseur à friction qui sera décrit ci-après, puis traverse encore la rondelle d'appui 13 et une rotule 14 dans lesquelles elle peut coulisser librement. La rotule 14 peut elle-meme osciller dans une coquille 15 solidaire du support 1. le centre géométrique de la rotule constitue le point 5a par lequel la suspente ainsi constituée est liée au support 1. À l'extrémité inférieure de la suspente 6 l'embout 16 est relié au mobile 2 par un montage à rotule de centre géométrique 4a. À cet effet le mobile 2 porte des oreilles 2a servant de support à un axe 17 solidaire dtune rotule 18 qui peut osciller en tout sens dans une coquille 19 emmanchée dans l'embout 16. Lamortisseur des oscillations verticales de la tige 6 comprend deux mâchoires 12a, 12b que l'on peut serrer plus ou moins sur la tige 6 au moyen des boulons 12c, 12d montés avec jeu dans deux alésages de ces mâchoires et sur l'un desquels est établi un ressort d'appui 12e permettant de connattre avec precision l'effort de serrage appliqué sur la tige par les mâchoires. Cet amortisseur fonctionne par friction lors des oscillations de la tige selon son ase. les quatre suspentes étant ainsi constituées, on voit que les mouvements du mobile sont possibles dans les six degrés de liberté. En effet, au repos, ltéquilibre du système sous l'action de la pesanteur entraine une compression partielle des ressorts 9, de sorte que chacune des suspentes peut se raccourcir ou s 2allonger indépendamment des autres entre son point d'attache (4a, 4b.... 4d) au mobile 2 et le point (5a, 5b... 5d) par lequel elle est liée au support 1. De plus, les suspentes peuvent osciller dans toutes les directions par rapport au support 1 grâce à la présence des rotules 14. Enfin, des rotations du mobile 2 par rapport aux suspentes sont également permises dans toutes les directions par les rotules 18. les fréquences d'oscillation suivant les six degrés de liberté sont découplées, 'est-à-dire qu'au voisinage de la position d'équilibre un mouvement suivant l'une des directions ne fait pas intervenir les inerties ou les rigidités correspondant aux autres. Il est possible dans certaines limites, les caractéristiques de masse et d'inertie du mobile étant connues, de choisir judicieusement les fréquences propres associées aux divers degrés de liberté pour obtenir une suspension satisfaisante compte tenu des mouvements prévisibles du support. En d'autres termes, la fréquence propre de débattement vertical est liée à la masse du mobile et à la rigidité des ressorts 90 la fréquence propre des déglacements horizontaux est celle du pendule de longueur 5a-4a. Il serait d'ailleurs concevable, quoique sans intérêt pratique en général, d'avoir deux fréquences différentes dans les deux directions perpendiculaires du plan horizontal en ne disposant pas les quatre points 5a, 5b, 5c, 5d dnns le même plan. Bes fréquences propres de roulis sont liées aux moments d'inertie autour des deux axes horizontaux principaux 4a-4c et 4b-4d et à la rigidité en rotation dans le plan perpendiculaire, ctest-à-dire à la fois à la rigidité des ressorts et à la distance 4avec et 4b-4d. la fréquence propre en rotation est liée au moment d'inertie autour de lasse vertical, à la distance 5a-4a (longueur du pendule) et aux distances 4a-4c et 4b-4d qui sont en principe égales0 Le rale du frein 12 consiste à limiter l'amplitude des déplacements relatifs du mobile et des points de suspension, ce qui permet d'accepteur de plus mandez débattements du support sans talonnements par rapport à un système non amorti. la théorie de la réponse dans ces conditions est assez complexe ; mais on observera seulement que les amortisseurs hydrauliques ne conviennent pas à ltapplication envisagée, car en raison des vitesses instantanées relatives très importantes du support et du mobile, ils conduiraient à des efforts transmis inacceptables. l1amor- tisseur à friction limite au contraire les efforts et donc les accélérations transmises au mobile indépendamment de la vitesse relative, tout au moins en première approximation, ce qui est important dans le-cas des chocs violents. in outre, la présence de ce frein permet dtassrrer un positionnement plus stable du système0 Pour le réglage de la suspension, on desserre les mâchoires desanortisseurs et on règle les tensions des ressorts 9 en vissant ou dévissant les manchons 8, de façon à amener le mobile å la hauteur voulue et en position horizontale normale, ce qui n'a jamais lieu spontanément compte tenu des tolérances des ressorts et de la répartition mal connue ou variable des masses. Une fois cette position obtenue on règle les amortisseurs 12 et le système s'immobilise, alors qu'en.l'absence des amortisseurs la souplesse des suspensions occasionnerait des oscillations intempestives en vertical et en roulis sous l'effet de la moindre perturbation. Une-dernière caractéristique très importante de l'inven- tion est la présence des masses dynamiques d'équilibrage telles que 20a, 20b,..0. (voir figure 1)e Ces masses peuvent être constituées de différentes façons, par exemple sous la forme d'un curseur pouvant coulisser sur chaque tige 6 et eAtre immobilisé de façon classique à la position désirée. le but de ces masses est le suivant : dans le cas d'accélérations horizontales très violentes pouvant atteindre un multiple élevé de l'accélération de la pesanteur la masse propre des éléments de suspension (tige, ressorts, guides) ne peut plus être négligée si la masse du mobile ngest pas très considérable et si les accélérations permises sont de faible niveau. Dans ces conditions, il y a en général transmission aux points d'attache dtune percussion qui n'est pas filtrée par la suspension. Cependant, la théorie montre qu'aucune percussion due à l'inertie ntest transmise lorsque les points 5a et 4a, 5b et 4b, etc... sont les centres de percussion conjugués du système constitué par ltélément de suspension, ou, ce qui revient au même, lorsque la période d'oscillation du pendule composé oscillant autour de 5a ou 5b, etc... est la meme que celle du pendule simple de longueur 5a, 4a ou 5b, 4b, etc... Or il est possible, soit par le calcul, soit expérimentalement, de déterminer la valeur et l'emplacement de la masse 20a pour satisfaire à cette condition. En ltabsence de cette masse convenablement déterminée et placée, la longueur 4a-5a est inférieure à celle du pendule composé oscillant autour de 4a dont la période propre est donc trop longuet Comme la présence de la masse 20a 20b etc... à l'emplacement indiqué raccourcit cette période, il est intuitif que, par un dimensionnement convenable, celle-ci peut être amenée à la valeur désirée, ce qui annulera la transmission des chocs du point Sa au point 4a, du point 5b au point 4b etc e * o iR3it NDIOlEIQ3B 1. Dispositif de suspension anti-chocs pour appareilfragile dans lequel cet appareil est attaché à un support par des suspentes élastioues, caractérisé en ce que ces suspentes, au nombre de trois au moins, ayant chacune son élasticité propre et reliées au support et à l'appareil de manière à laisser à ce dernier toutes possibilités de translation et rotation, sont liées à l'appareil en des points placés de telle sorte qu'ils soient dans un plan contenant deux des axes principaux d'inertie et soient en outre répartis sur ces axes eus-mêmes, ce qui permet le découplage de tous les modes propres d'oscillation. 2. Dispositif selon 1, saractérisé en ce que chacune des suspentes est constituée par une tige rigide associée à un ressort de rappel de force réglable et articulée par des rotules respectivement sur le support et sur 1' appareil à protéger0 3. Dispositif selon 2, caractérisé en ce que chacune des tiges traverse le support dans une rotule liée au support mais pouvant pivoter en tout sens par rapport à lui, l'extrémité supé rieure de chacune des tiges étant associée à un ressort agissant en compression entre le support et ladite extrémité supérieure* 4. Dispositif selon 3, caractérisé en ee que l'extrémité supérieure de chaque tige est réglable en position de manière à faire varier la force du ressort. 5e Dispositif selon 3 ou 4, caractérisé en ce que le ressort est guidé entre un fourreau extérieur et un manchon qui forme l'extrémité supérieure de la tige et qui se visse plus ou moins sur celle-ci. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les oscillations des tiges par rapport au support sont amorties par des amortisseurs à friction. 7. Dispositif selon 6, caractérisé en ce que l'amortisseur à friction de chaque tige est placé entre le support et la butée inférieure du ressort. 8. Dispositif selon 7, earactérisé en ce que 11 amortisseur à friction comporte deux demi-colliers serrés sur la tige de façon réglables 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la disposition sur chacune des suspentes dune masse d'équilibrage dynamique de position réglable.