Brevet FR2327448A1 — publié le 19770506

La présente-invention s'applique aux ressorts hélicoldaux à flexibilité va riable et en particulier aux ressorts de suspension de véhicules. On sait que pour qu'un véhicule soit confortable, il faut que sa suspension soit d'autant plus flexible que la charge qu'il porte est plu5 faible. On obtiens ordinairement la flexibilité avec un ressort héli cotidal ayant un grand nombre de spires suffisamment espacéesles unes des autres. Pour un véhicule qui doit porter des charges variables, le diamètre du fil du ressort doit être suffisant pour résister aux plus fortes charges et le nombre de spires suffisant pour assurer la flexibilité correspondant aux plus faibles charges. Plus les charges sont variables, plus le ressort devient lourd et encombrant. Comme on peut se contenter d'une flexibilité plus faible aux grandes charges, on peut admettre qutà mesure que la charge croit, un certain nombre de spires s'appuient les unes sur les autres et à partir de ce moment ne participent plus à la flexibilité du ressort. L'espace libre au départ entre ces spires là peut donc être plus fa ible ; l'encombrement du ressort est diminué, mais son poids reste le même. S i le ressort est très bien enroulé, le contact des spires entGelles peut être au mieux une ligne continue. Aux charges élevées, la pression de contac-t est forte et endommage la surface selon un phénomène appelé "fretting". Pour ltéviter, on enferme le fil dans une gaine en matière plastique qui se détruit rapidement si la pression de contact est trop forte. Pour augmenter les surfaces de contact et diminuer ainsi la pression et le "fretting" tout en diminuant l'encombrement des ressorts, on a été amené à les fabriquer e fil carré ou rectangulaire plutôt que rond. Mais en pratique, ce fil est plus difficile à réaliser avec régularité et son état de surface est moins bon, ce qui diminue sa résistance à la fatigue. Pour assurer la même sécurité avec ce fil, il faut admettre des contraintes plus faibles, donc une section plus rigide qui demande d'avantage de spires et en définitive, le ressort est plus lourd et plus encombrant. De plus, les fils de section carrée ou rectangulaire sont plus fragiles à cause des angles où un coup suffit à réduire considérablement la vie du ressort. Pour ces raisons, les fils carrés et rectangulaires sont de moins en moins employés. On diminue le poids des ressorts et leur encombrement en utilisant des fils coniques ou partiellement coniques. Les spires les plus fines sont les plus flexibles, elles ne travaillent q u'aux faibles charges ; quand la charge croit, elles viennent s'appuyer les unes sur les autres et ne fonctionnent plus. Seules restent les spires en grog fil pour résister aux fortes charges. Malheureusement, par suite des difficultés accrues d'exécution du fil et des difficultés dtenrculement, le contact des spires en fil fin s fait sur de faibles surfaces souvent discon- tinues ; il est source de fretting et de bruits de fonctionnemert désagréables. D'autre part, le fil conique obtenu par forgeage étant irrégulier, on préfère le réaliser par usinage ou rectification, ce qui augmente excessivement son prix. Enfin, la forme conique ne permet pas de répartir régulièrement les contraintes dans toutes les spires du ressort. La présente invention a pour but de réaliser un ressort de faible encombrement qui ne présente pas tous ces inBonvénients et qui puisse cependant titre fabriqué en série. Pour sa réalisation, on part d'une barre ronde que l'on équarrit progressivement pour l'inscrire dans un carré de plus en plus petit en allant vers les extrémités. Une solution d'exécution préférée consiste, après avoir préparé une barre ronde de bon état de surface, à l'amincir entre deux cylindres de laminoir dans chacun desquels on a taillé une gorge en Vé à angle droit dont la profondeur suit une loi donnée. Labarre est enroulée sur un mandrin sur lequel elle s' appli- que par l'un des côtés du carré, les deux côtés adjacents étant utilisés pour le guidage. Quand le ressort est terminé, ces deux derniers côtés forment deux surfaces hélicoidales qui, au cours de l'utilisation du ressort viennent s'anpliquer progressivement l'une sur l'autre de façon continue. Les dessins feront mieux comprendre la conception et la réalisation du ressort conforme à l'invention ; leur description sera suivie d'une explication du fonctionnement et d'exemples de fabrication. La figure 1 est une vue en élévation d'un ressort conforme à la présente invention. La figure 2 est une vue avant enroulement du fil utilisé pour la réalisation du ressort de la figure 1. Les figures 3, 4 et 5 représentent à grande échelle des sections faites dans la barre de la figure 2. La figure 6 est un agrandissement d'une partie. de la figure 2 La figure 7 représente les cylindres d'un laminoir qui sert à l'amincissenent du fil de la figure 2. La figure 8 est une vue en coupe selon ÀA des cylindres de la figure 7. Les figures 9 et 10 représentent deux procédés d'enroulement du fil de la figure 2 pour la fabrication du ressort de la figure 1 Les figures 11, 12 et 13 sont des variantes de ressorts conformes à la présente invention. Reportons-nous d'abord n la figure 1. Le ressort conforme à la présente invention comprend un corps 1 de quelques spires enroulées avec la portion centrale 1' du fil F représenté dans la figure 2 et de part et d'autre de ce corps,deux branches 2 et 3 enroulées avec les portions 2' et 3t du fil F. Ces deux branches 2 et 3 sont chacune suivies d'une spire de base 4 ou 5 enroulé avec la portion finale 4' ou 5'du fil F. Dans la portion 1', le fil F est parfaitement rond, sa section est celle de la figure 3 : un cercle de diamètre dt Dans les portions 2' et 31, la section est celle de la figure 4, c'est la surface commune à un carré et au cercle concentrique de diamètre d. Les surfaces planes 6 et le cylindre 7 la limitent. Dans les portions 4' et 5', la diagonale D du carré peut entre inférieure ou égale au diamètreddu cercle, la surface commune au carré et au cercle est alors le carré représenté dans la figure 5. Le fil F présente dans la portion t' une surface cylindrique parfaite dans laquelle apparaissent progressiveienG dans la portion 2' les faces o d'un tronc de pyramide a base carrée (voir figure 6) qui se prolonge dans la portion 4'. La portion 3' est symétrique de la portion 21 ; la portion 5' symétrique de la portion 4'. En utilisation, le ressort glacé entre deux coupelles 7 et 8 est chargé par un poids P placé sur. la coupelle 7. Lés spires de base 4 et 5 du ressort s'appliquent chacune à une coupelle 7 ou 8. Aux faibles pleurs du poids P, toutes les spires sont écartées les unes des autres et interviennent dans le fonctionnement du ressort qui a alors le maximum de flexibilité. Considérons l'effet d'un accroissement progressif du poids P. Les spires se rapprochent progressivement, celles des branches 2 et 3 viennent progressivement s1apiiquer sur les spires de base, puis le contact s'étend entre les spires des branches 2 et 3, jusqu1à ce que toutes les faces hélicoldales 6 soient en contact entrtelles. Le ressort est alors à sa charge maximum d'utilisation. Les spires qui se sont appliquées les unes sur les autres ne participent plus au travail du ressort. La flexibilité du ressort a diminué à mesure que le contact a augmenté et à la charge maximum, la flexibilité est minimum et égale à la flexibilité des spires du corps 1 où le fil est rond. Il n'est pas indispensable que dans les portions 2', 3', 4', 5', les faces 6 du fil F forment un seul tronc de pyramide ; il est même préférable qu'elles forment une série de troncs de pyramodes dont la petite base de l'un coïncide avec la grande base du suivant et tels que les contraintes dans toutes les spires soient égales ou suivent une loi qui tiennent compte de leurs conditions de fonctionnement. La longueur de chaque tronc de pyramide dépend de la courbe de flexibilité du ressort que l'on veut obtenir. Les spires de base ne servent qu' appuyer le ressort sur les coupelles 7 et 8 ; elles ne participent pas au travail du ressort, leurs contraintes sont faibles ; on ne craint pas leur fragilité, le fil dont elles sont enroulées peut donc, sans inconvénient, eAtre carré à angle vif, en tronc de pyramide ou prismatique. La partie adjacente des spires des portions 2' et 3' ne travaille qu'aulx faibles charges, les contraintes y sont souvent encore faibles, il est encore possible d'y admettre une certaine longueur de fil carré b angle vif ; mais dès qu'on entre dans les spires qui travaillent davantage, les angles sont dangereux et ne doivent plus être tolérés. Pour préparer le fil, il suffit de prendre un fil rond 9 dont la section constante est celle du corps du 'ressort et d'amincir successivement chacune de ses extrémités entre les cylindres 10 et 11 d'un laminoir L tel que celui qui est représenté dans les figures 7 et 8. On a taillé, circonférenciellement à chacun de ces cylindres, une gorge en VS à angle droit à profondeur variable. La gorge 12 du cylindre 10 est symétrique de la gorge 13 du cylindre 1 1 par rapport au plan tangent commun aux deux cylindres. Une solution facile consiste à tailler une gorge circulaire excentrée par rapport à l'axe de rotation du cylindre. Les cylindres 10 et 11 sont entraînés en rotation en sens inverse, à même vitesse circonférencielle. On introduit entre eux le fil 9 au moment où les gorges 12 et 13 laissent entr'elles la plus brande ouverture 14. Les cylindres, en tournant,rejettent le fil 9 en l'amincissant et en l'allongeant. Le fil a une section d'autant plus carrée qu' elle est plus amincie. Il suffit donc d'avoir taillé les gorges 12 et 13 à profondeur convenable pour obte nlr le fil que l'on désire. Le fil F obtenu est enroulé sur un mandrin M comme celui qui est représenté dans la figure 9 et qui comporte un chien 15 pour fixer une extrémité du fil. Au mandrin M est associé un reproducteur R cylindrique, dans lequel est taillée une gorge 16 hélicoïdale à pas variable inverse de celui du ressort à enrouler 17. A chaque point 18 du ressort 17 correspond un point 19 de la gorge qui se situe à la même distance de l'extrémité, qui a le même pas, qui a une largeur 20 et une profondeur supérieure de quelques dixièmes de millimètres ' la largeur 21 et à l'épaisseur du fil (ou au diamètre dans la partie ronde). Le reproducteur est disposé parallèlement et tangentiellement au mandrin. il tourne à la meAme vitesse angulaire mais en sens inverse. L'extrémité du fil F étant engagée sous le chien 15, on met la machine en marche, le fil F s'applique dans la gorge 16, et s'enroule autour du mandrin M. La forme carrée de la gorge enferme la forme carrée du fil F et ltempeche de tourner. Une face du carré du fil s'applique sur le mandrin M. Quand on en vient à la partie où le fil est rond, il tourne librement sur lui-m8me jusqu'à la deuxième extrémité équarrie. Là, la rotation du fil s'arrête empéchée par la gorge carrée, un plat du fil s'applique à nouveau sur le mandrin M. Quand le ressort est complètement enroulé, le mandrin Af dé- placé longitudinalement abandonne le ressort. il suffit de remettre le mandrin M en place pour un nouvel enroule ment. Evidemment, le reproducteur R ne s'applique qutà un seul type de ressort. Le procédé ne s'applique donc qu'aux fabrications de série. Pour les petites quantités, on peut utiliser une machine du genre de celle de la figure 10. Dans ce cas, au mandrin M est associé un guide G en forme de pince qui se déplace parallèlement au mandrin. La rotation du mandrin provoque le déplacement longitudinal du guide G selon une fonction bien déterminée de la rotation du mandrin Mi et de la position du guide G. On introduit une extrémité du fil F sous le chien22, solidaire du mandrin M, une face contre le mandrin. Dès le début de la rotation du mandrin, on engage les deux faces adjacentes du carré du fil F entre les machoires 23 et 24 du guide G qui s1 appliquent sur lui sous l'action du ressort 25. Quand la spire de base est enroulée, le guide G avance et force le fil à S'appliquer sur le mandrin et à suivre en tout point le pas désiré. Durant l'enroulement de la première extrémité carrée le fil glisse entre les machoires 23 et 24 qui l'orientent ; pendant l'enroulement de la partie ronde du fil, celui-ci tourne librement entre les machoires 23 et 24 jusqu'a' l'apparition de la deuxième extrémité équarrie que les machoires ainsi que la face appliquée contre le mandrin empêchent de tourner. Le ressort complètement enroulé est enlevé du mandrin et subit tous les traitements connus que l'on applique ordinairement aux ressorts hélicoldaud. Les méthodes préconisées pour ltenroulement des ressorts conformes à l'invention ne sont pas les seules applicables : elles ne sont données qu'å titre d'exemple. D'autres procédés déjà utilisés pour les ressorts hélicoidaux peuvent être appliqués. - Le guide d'enroulement peut être fixe, le mandrin d'enroulement tournant et avançant en même temps. - L'enroulement peut être fait sans mandrin, mais avec des guides comportant des pinces pour le guidage du fil. Le ressort conforme à l'invention a éto décrit dans sa forme la plus courante. il peut se présenter sous d'autres formes et notamment les suivantes avec leurs combInaisons. - une seule extrémité amincie - enroulement du ressort conique, biconique ou cylindro-conique au lieu de cylindrique. La figure il donne un exemple de ressort conique avec une seule extrémité amincie. on peut comprimer ce ressort jusqu a applatissement complet, comme une galette. Les spires amincies 26 S'appliquent progressivement sur la coupelle 27 réduisant ainsi la flexibilité du ressort. Le ressort ainsi conçu peut être préféré, non pour sa flexibilité variable, mais pour son faible encombrement La figure 12 donne un exemple de re-ssort biconique comprenant: la superposition inversée de deux ressorts selon la figure 11. La figure 13 est un exemple de ressort cylindro-conique qui s'applique à des conditions de montage particulières. Le ressort, objet de la présente invention, peut être utilisé dans tous les cas où l'on recherche un ressort à flexibilité variable et en particulier comme ressort de suspension de véhicule routier ou ferroviaire. Il peut aussi dtre utilisé comme ressort de faible encombrement et notamment comme ressort de rappel dans les cylindres hydrauliques ou pneumatiques tels que les cylindres de freins. REVENDICATIONS 1. Ressort hélicoidal de compression caract-risé en ce que le fil dont i est enroulé comprend au moins une partie où la section passe progressivement du rond au carre. 2. Ressort selon revendication 1 caractérisé en ce que le fil dont il est enroulé comprend une partie de section ronde prolongée de part et d'autre par une partie où la section devient progressivement carre, 3. Ressort selon revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le fil a une section carrée dans les spires de base. 4. Ressort selon l'une des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé sé en ce que son enroulement esttel que lorsqu'on le comprime, les spires où le fil a une section variable s'appuient progressivement les unes sur les autres en commençant par celles où le fil est le plus carré. 5. Ressort selon revendication 4 caractérisé en ce que la variation de section du fil est telle que les spires appuyées les unes sur les autres soient à la mtme contrainte. 6. Ressort selon revendications 1, 2, 3 ou 4 caractérisé en ce que (la ou) les parties à section carrée de son fil s'inscrivent chacune dens une pyramide 7. Ressort selon l'une q uelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que son enroulement est cylindrique c'est à-dire que toutes ses spires ou presque ont le même diamètre intérieur. 8.Ressort selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que son enroulement est conique ou partiellement conique c'est-à-dire que la face interne de toutes ses spires ou d'une partie de ses spires est située a' la surface d'un cône. 9. Ressort selon l'une quelconque des revendications 1,2,3,4, 5, 6 ou 8 caractérisé en ce que son enroulement est biconique, c'est-h-dire que la face interne d'une partie de ses spires est située à la surface d'un ctne et une autre partie à la surface d'un autre cône qui lui est symétrique. 10. Ressort sein L'une quelconque des revendications 1,2,3, 4,5,6,8 ou 9 caractérisé en ce que son enroulement est cylindroconique c'est-à-dire que la face interne d'une partie de ses spires est située à la surface d'un cylindre et celle d'une autre partie à la surface d'un cône coaxial 11. Procédé de fabrication du fil dont est enroulé le ressort conforme aux revendications précédentes caractérisé par l'amincis sement progressif en carré d'au moins une partie d'un fil entièrement cylindrique à l'origine. 1 2. Procédé de fabrication selon revendication 11 caractri- sé en ce que l'amincissement se fait à l'aide d'un laminoir dont les deux cylindres ont chacun été creusé d'une gorge en Va à 90 de profondeur variable. 13. Procédé de fabrication selon revendication 12 caractérisé en ce que les gorges en Vé sont également excentrées par rapp ort a' l'axe de rotation de chaque cylindre. 14. Procédé de fabrication du ressort selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 suivant lequel on enroule le fil sur un mandrin en le guidant par un reproducteur qui est un cylindre parallèle et accolé au mandrin et qui tourne en sens inverse, à la même vitesse et a la surface duquel est gravée une gorge hélicoi- dale caractérisée en ce qu'elle a une section carrée dont le côté varie comme le côté correspondant du fil. 15. Procédé de fabrIcation du ressort selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que le fil est enroulé sur un mandrin en étant guidé à l'aide d'une pince à ressort.