Brevet FR2438203A1 — publié le 19800430

La présente invention concerne un nouveau dispositif antivibratoire et antichoc de suspension d'objets, et notamment de coquilles de siège, pour véhicules et plateformes vibrantes. Les sièges dont la coquille, on entend par coquille dans le présent brevet la partie du siège qui est en contact direct avec le corps de l'individu, est fixée par des moyens rigides au socle d'un véhicule ou d'une plateforme vibrante, retransmettent intégralement à l'individu assis sur le siège les vibrations ou les variations brusques d'énergie auxquelles sont soumis le véhicule ou la plateforme. I1 s'en suit des inconvénients très importants pour la personne assise sur un tel siège. C'est ainsi que les personnes assises sur des sièges soumis à des vibrations de valeur élevée, soit en fréquence comme les pilotes d'hélicoptère, soit en amplitude comme les caristes, présentent au bout de quelques années des déformations irréversibles de la colonne vertébrale. I1 est par ailleurs connu que les conducteurs ou passagers de véhicules classiques ressentent très vivement les accélérations et les décélérations brutales du véhicule et quTil peut s'en suivre, dans certains cas, des accidents mortels. On a tenté de remédier à ces inconvénients en concevant des systèmes de suspension des coquilles de siège qui ne soient pas rigides, mais souples. Les systèmes conçus jusqu'a présent, tels que ceux décrits par exemple dans les brevets français 1 163 149, 1 281 760 et 88 801 sont essentiellement constitués par des ressorts quelquefois doublés d'amortisseurs, qui sont des systèmes mécaniques dits linéaires, c'est à dire que leur déformation est directement proportionnelle à la contrainte qu'ils subissent. I1 s'en suit que si l'on veut un système de suspension efficace contre les vibrations et les chocs, particulièrement en basses fréquences, il faut utiliser des ressorts de grandes dimensions, ce qui conduit à des systèmes de suspension de grand débattement donc de grand encombrement, inutilisables dans la plupart des véhicules ou plateformes usuels. Par ailleurs les sièges suspendus par de tels systèmes présentent en général une déflection statique importante. entend par déflection statique le déplacement vertical subi par le siège sous l'effet d'une masse posée sur ce dernier. Le problème de la déflection statique est très important pour les sièges de conducteurs d'engins divers tels que véhicules automobiles, avions, hélicoptères, etc... En effet, ces sièges doivent avoir une position déterminée par rapport aux organes de commande de l'engin pour permettre une bonne conduite de ce dernier. Leurs systèmes de suspension sont donc réglés pour occuper une position déterminée sous une masse choisie comme étant celle du conducteur moyen.Comme ces systèmes ont une déflection statique importante, tout conducteur qui n'a pas le poids requis entraîne le siège à une position d'équilibre différente de celle qui a été déterminée et le conducteur ne se trouve pas ainsi dans les conditions optimum pour assurer la conduite de son engin. On a alors imaginé des systèmes de suspension des coquilles de sièges dans lesquels la coquille repose sur des enceintes pneumatiques gonflées qui servent d'amortissants. De tels systèmes sont par exemple décrits dans les brevets français 518 219, 2 224 678, dans le brevet belge 389 289 ou dans le brevet allemand 1 273 344. Dans certains cas l'enceinte pneumatique gonflée est couplée avec un système mécanique nécessitant un grand débattement, comme décrit par exemple dans le brevet français 2 030 981. Tous ces systèmes de fixation présentent un encombrement légèrement inférieur à celui des systèmes qui font appel aux ressorts, mais qui demeure cependant assez important par ailleurs leur réglage est difficile. I1 faut également observer que de tels systèmes n'agissent que sur les vibrations mais ne sont d'aucune efficacité vis à vis des accélérations ou décélérations. On a alors proposé un dispositif de suspension qui comprend un système de leviers reposant sur des plots creux en matériaux viscoélastiques, un tel dispositif est par exemple décrit dans la demande de brevet français nO 76.19677 au nom de la demanderesse. Ce dispositif présente de nombreux avantages et notamment une très faible déflection statique, un encombrement minime et un très bon amortissement des vibrations dont la fréquence est supérieure à environ 7 hertz, néanmoins un tel système n'est pas suffisamment amortissant aux basses fréquences. L'objet de la présente invention est précisément de proposer un nouveau dispositif antivibratoire et antichoc de suspension d'objets, et notamment de coquilles de siège, pour véhicules et plateformes vibrantes qui conserve tous les avantages du dispositif objet de la demande de brevet français nO 76.19677 c'est à dire une très faible déflection statique, un encombrement minime et bon amortissement des vibrations dont la fréquence est supérieure à environ 7 hertz, et qui présente par ailleurs un amortissement plus efficace aux basses fréquences.L'objet de l'invention est atteint par un dispositif antivibratoire et antichoc de suspension d'objets, et notamment de coquilles de siège, sur un socle pour véhicules et plateformes vibrantes qui comprend un premier levier constitué par un bras dont le centre de rotation est situé à une extrémité du dit bras, le dit premier levier étant articulé sans frottement au socle par son centre de rotation, au moins un plot creux viscoélastique fixé au dit socle et sur lequel repose le dit bras et un deuxième levier, articulé autour de l'extrémité du bras du premier levier opposée au centre de rotation du premier levier, le bras du dit deuxième levier étant sensiblement superposé au premier levier de manière à former avec le bras du premier levier un angle aigu, et qui se caractérise en ce que l'extrémité du bras du deuxième levier opposée à l'articulation avec le premier levier, est reliée au socle par un système de biellettes mobiles articulées sans frottement autour du bras du premier levier et en ce que le dit plot creux viscoélastique est contenu dans une enveloppe élastique et en ce qu'il est constitué par un matériau dont le module d'Young à la température d'utilisation est compris entre 106 et 109 N/m2 et dont le facteur de perte tg b est supérieur ou égal à l'unité à la température d'utilisation. Pour les applications usuelles du dispositif selon l'invention, cette température est en général comprise entre 0 et 400C. On donne ci-après une description détaillée du dispositif de suspension selon l'invention en se reportant aux figures 1 à 5 qui représentent seulement un mode particulier d'exécution de l'invention. - La figure 1 représente une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention, - La figure 2 représente une vue en perspective du premier levier, - La figure 3 représente une demi vue en coupe d'un plot viscoélastique, - La figure 4 représente une vue en coupe d'un plot viscoélastique muni de son système de fixation au levier et revêtu d'une enveloppe élastique, - La figure 5 représente des courbes qui traduisent les résultats de mesures comparatives effectuées sur le dispositif selon l'invention (courbe A) et sur des dispositifs de l'état de la technique (courbes B et C), ces courbes sont plus largement explicitées dans l'exemple qui suit la description générale. Un dispositif selon l'invention comprend un premier levier articulé sur un socle 1. On entend par socle, soit le plancher même du véhicule ou de la plateforme, soit une surface plane rigide fixée à ce plancher. Ce premier levier se compose d'un axe 2 fixé, libre en rotation et sans frottement, au socle 1 par l'intermédiaire de vis à têtons 3, le bras du levier- étant constitué par deux barres rigides 4 et reliées entre elles de façon rigide par une barre 5. La barre 5 est avantageusement creuse à ses extrémités 9 pour y permettre la fixation d'un deuxième levier. Aux barres 4 est soudée une plaque 6 porteuse d'un trou central 7, les barres 4 sont également porteuses d'un trou 8 de manière à pouvoir constituer le centre d'articulation de biellettes. Aux extrémités 9 de la barre 5 du premier levier est fixé le centre de rotation d'un deuxième levier dont le bras est sensiblement superposé au premier levier de manière à former avec le bras de ce dernier un angle aigu. Les bras de levier sont construits de manière à pouvoir s'encastrer l'un dans l'autre. Le deuxième levier peut être analogue dans sa structure au premier levier ou, selon une réalisation préférée de l'invention, être constitué par un plateau 10 articulé autour des extrémités 9 du premier levier, de manière à constituer directement une assise pour l'objet qui sera placé sur le dispositif de suspension. Aux extrémités du bras du second levier opposées au centre de rotation du dit second levier, sont fixées des glissières 13 dans lesquelles coulissent sans frottement des biellettes 11 articulées autour des barres 4 du bras du premier levier par l'intermédiaire d'un axe 12 placé dans les trous 8 ménagés dans les barres 4, les biellettes 11 coulissent à leur autre extrémité dans des glissières 14 fixées solidairement au socle 1.Les biellettes 11 coulissent sans frottement dans les glissières par l'intermédiaire de roulettes 15, ou d'autres moyens équivalents tels que par exemple des pistons. Le bras du premier levier repose sur une structure amortissante 26 constituée par un plot creux 16 viscoélastique contenu dans une enveloppe élastique 23. Le plot creux 16 est porteur d'un goujon 17 qui, passé dans le trou 7 ménagé dans la plaque 6 du premier levier, permet de rendre ce dernier solidaire du plot 16 par l'intermédiaire d'un écrou 18 en appui sur une rondelle en coin. Les leviers et les biellettes sont constitués en un matériau solide et non cassant tel que, par exemple, de l'acier doux. Le plot creux 16 a avantageusement une forme en cloche et est constitué en un matériau viscoélastique dont le module d'Young à la température d'utilisation est compris entre 106 et 109 N/m2 et dont le facteur de perte tg 6 est supérieur ou égal à l'unité à la température d'utilisation. On utilise avantageusement selon l'invention les matériaux amortissants à base de polyisoprène décrits dans le brevet français 2 255 313. Le plot creux qui est fixé à plat sur une surface pleine est rempli intérieurement par un gaz ou partiellement par un fluide incompressible tel que l'eau et partiellement par un gaz. Lorsqu'on remplit les plots uniquement avec un gaz, la pression de remplissage est comprise entre environ 50 millibars et un bar.Le plot est moulé en prévoyant un système de fixation à son sommet qui le rendra solidaire du levier. On peut par exemple prévoir une rondelle circulaire 20 porteuse d'un goujon fileté 17 qui sera fixée par surmoulage au sommet du plot. Le plot comporte avantageusement une butée amortissante progressive 25 afin de suppléer au dit plot en cas de défaut de pression ou de mouvement de très grande amplitude. Selon une variante de réalisation de l'invention non représentée sur les figures, on peut avantageusement disposer un ressort à l'intérieur du plot creux 16, le dit ressort prenant appui sur le socle 1 et soutenant par l'intérieur le sommet du dit plot 16. La figure 3 représente, vu en coupe, un demi plot moulé sans système de fixation pour le levier. Cette figure fait apparaître une caractéristique importante de l'invention. Dans la plupart des cas il est intéressant, bien qu'il ne s'agisse pas là d'une caractéristique nécessaire, que l'épaisseur de la section du plot ne soit pas constante et qu'elle varie selon une loi qui lui confère les meilleures performances selon le problème à résoudre. On obtient ainsi un système amortissant non linéaire susceptible de fonctionner dans une très grande gamme de fréquence et d'amplitudes et notamment de bien réagir aux basses fréquences. Le méplat 19 est utile pour permettre le surmoulage au sommet du plot de la rondelle 20 porteuse d'un moyen de fixation destiné à rendre le plot solidaire du premier levier, ce moyen de fixation pouvant avantageusement être un goujon 17. Le plot est fixé au socle par des moyens classiques tels que, par exemple, une bride 21 s'appuyant sur la gorge 22 représentée à la base du plot, et vissée au socle 1. Selon une caractéristique essentielle de l'invention le plot 16 est contenu dans une enveloppe élastique 23 qui est en contact étroit avec le plot 16 sur toute sa surface et qui est maintenue à la base du plot par une bague de fixation 24, l'enveloppe 23 étant munie d'un trou central du diamètre du goujon 17 pour lui permettre de laisser passer ce dernier. Selon une variante de réalisation de l'invention l'enveloppe élastique peut être surmoulée sur le plot viscoélastique et dans ce dernier cas il n'est pas nécessaire de disposer une bague de fixation à la base du plot. La demanderesse a observé de façon surprenante qu'un tel dispositif de suspension, tout en ayant une très bonne réponse aux vibrations de hautes fréquences, présente également une bonne tenue aux vibrations de basses fréquences, grâce au fait que le plot viscoélastique soit ctntenu dans une enveloppe élastique. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le suivant. Sous l'effet d'une charge reposant sur le deuxième levier, le dispositif prend une position d'équilibre grâce aux leviers et au plot viscoélastique jouant une fonction de ressort, la déflection statique étant par ailleurs très faible.Si le socle 1 est soumis à des vibrations le plot 16 joue, en plus de son rôle de ressort, un rôle d'amortisseur en dissipant sous forme de chaleur une partie de l'énergie reçue, par ailleurs le système de biellettes articulées permet au bras du deuxième levier de conserver par rapport au socle un angle constant. I1 s'agit là d'une caractéristique importante du dispositif de suspension selon l'invention, notamment pour les véhicules automobiles, car il évite au conducteur ou au passager un balancement continu que l'on retrouve dans beaucoup de systèmes de suspension de siège et qui peut être la cause au bout d'un certain temps d'indispositions connues sous le nom général de "mal de mer".L'enveloppe élastique permet en outre d'éviter une déformation rapide du plot viscoélastique et rend possible une utilisation de longue durée du dispositif selon l'invention. On peut enfin remarquer que le dispositif de suspension selon l'invention présente un encombrement réduit et que notamment dans le cas de la suspension de sièges, il peut se loger intégralement sous le siège ce qui en combinaison avec la faible déflection statique présentée par le dispositif rend son utilisation possible pour les sièges de caristes ou de pilotes d'hélicoptères, domaines où l'espace disponible est très réduit.On dispose ainsi d'un dispositif de suspension efficace dans une très grande gamme de fréquences qui présente un encombrement minime, une faible déflection statique et une bonne robustesse et qui en plus offre un avantage particulier sur le plan du confort en supprimant les risques de mal de mer". L'exemple donné ci-après illustre une réalisation particulière du dispositif de suspension selon l'invention. EXEMPLE On a réalisé dans cet exemple le dispositif de suspension représenté à la figure I. Le plancher est constitué par une plateforme vibrante, reposant sur un simulateur électro-mécanique qui permet d'imprimer au plancher différents types de vibrations en forme, en fréquence et en amplitude, débutant de 0,1 hertz et qui permet de simuler aussi bien les vibrations d'un tracteur agricole ou d'un chariot élévateur que celles d'un hélicoptère. Le dispositif de suspension est monté directement sur le plancher comme représenté à la figure 1. On reconnaît le premier levier constitué par l'axe 2 lié au plancher par les vis à têtons 3, les barres 4 et la barre 5 terminant les barres 4 porteuses d'une plaque 6 percée d'un trou 7 pour permettre le passage d'un goujon 17. Les barres 4 sont également porteuses d'un trou 8 pratiqué sur un méplat pour permettre l'articulation des biellettes.Le deuxième levier est constitué par un plateau 10 articulé autour des extrémités creuses 9 de la barre 5 par des vis à têtons 27. Le plateau est porteur de glissières 13 d'où partent les biellettes 11 articulées par l'intermédiaire d'un axe 12 avec les barres 4, l'axe 12 passant dans les trous 8 pratiqués dans les barres 4. Les biellettes 11 sont solidaires du plancher par les glissières 14 fixées sur ce dernier. Les biellettes 11 coulissent dans les glissières 13 et 14 par l'intermédiaire de galets 15 en polytétrafluoroéthylène. Les leviers, les biellettes et les glissières sont en acier doux. Les dimensions générales sont données par les dimensions particulières ci-dessous axe 2 - longueur : 280 mm - diamètre : 25 mm barres 4 - longueur : 350 mm - diamètre : 20 mm barre 5 - longueur : 280 mm - diamètre : 25 mm plaque 6 - largeur : 45 mm - longueur : 215 mm plateau 10 - longueur : 380 mm - largeur : 270 mm biellettes 11 longueur : 280 mm glissières 13 longueur de course : 30 mm glissières 15 longueur de course : 30 mm distance du trou 8/axe 2 : 140 mm La structure amortissante 26 est constituée par un plot creux 16 contenu dans une enveloppe élastique 23. La structure 26 est représentée à la figure 4. La structure 26 se compose d'un plot creux viscoélastique 16 dont les parois sont plus larges à leur base qu'à leur sommet.Le plot viscoélastique est en polyisoprène tel que décrit dans le brevet français 2 255 313 et présentant les caractéristiques physiques suivantes module d'Young : 2 x 107 N/m2 tg S maximum : 1,7 entre O et 200C pour des fréquences comprises entre 30 et 500 hertz. Le plot est gonflé par de l'air à une pression de 900 millibars. Le sommet du plot porte un méplat qui permet le logement par surmoulage de la rondelle 20 sur laquelle est soudée le goujon 17 de diamètre 10 mm. Une butée amortissante 25 est incluse dans le moulage du plot afin de suppléer au dit plot en cas de défaut de pression ou de mouvement de très grande amplitude. Une gorge 22 permet de fixer le plot au plancher au moyen d'une bride 21. Le goujon 17 permet, par introduction dans le trou 7 de la plaque 6 et par serrage avec un écrou prenant appui sur une rondelle en coin d'assurer la solidarité du premier levier avec le plot. La rondelle est en tôle et le goujon en acier doux. Le plot est contenu dans une enveloppe 23 en caoutchouc élastique (caoutchouc de chambre à air de pneu) découpée à sa taille et maintenue à la base du plot par une bague de fixation 24. Le plot présente les dimensions suivantes épaisseur à la base : 6 mm épaisseur minimale : 3 mm diamètre de base interne : 105 mm hauteur maximale interne : 60 mm La rondelle présente les dimensions suivantes diamètre : 165 mm épaisseur : 11 mm On dispose sur le plateau 10 une coquille de siège de cariste. En effectuant des simulations de vibrations à diverses fréquences et en enregistrant l'énergie retransmise au siège on construit la courbe A représentée à la figure 5 et indiquant, en fonction de la fréquence Y , le rapport r de l'énergie transmise par la coquille de siège sur l'énergie initiale transmise par le plancher. Pour effectuer ces mesures d'énergie on dispose d'un accéléromètre situé sur le plancher, d'un autre accéléromètre situé sur la coquille de siège et d'un appareil enregistreur relié aux deux accéléromètres. On construit d'une manière analogue les courbes B et C relatives à l'enregistrement du rapport d'énergie retransmise par deux types différents de sièges amortissants à ressorts situés dans le dossier du siège, donc présentant un encombrement supérieur à celui présenté par le dispositif selon l'invention. On a par ailleurs mesuré la déflection statique présentée par chacun des trois systèmes sous une charge de 71,5 kg, les résultats ont été les suivants A = 38 mm (dispositif de suspension selon l'invention) B = 40 mm C = 75 mm sièges du commerce à ressorts. De ces diverses mesures il ressort que le dispositif de suspension selon l'invention (A) est plus efficace quelle que soit la fréquence que le dispositif B, les deux dispositifs présentant par ailleurs des déflections statiques comparables, et que le dispositif de suspension selon l'invention (A) est plus efficace au dessus de 7 hertz que le dispositif C, tout en ayant encore une bonne efficacité aux fréquences plus faibles, et présente une déflection statique de moitié moins importante que celle présentée par le dispositif C. - REVENDICATIONS 1. Dispositif antivibratoire et antichoc de suspension d'objets, et notamment de coquilles de siège sur un socle, pour véhicules et plate formes vibrantes comprenant (i) un premier levier constitué par un bras dont le centre de rotation est situé à une extrémité du dit bras, le dit premier levier étant articulé au socle par son centre de rotation, (ii) au moins un plot creux viscoélastique fixé au dit socle et sur lequel repose le bras du dit premier levier, (iii) un deuxième levier articulé autour de l'extrémité du bras du premier levier opposée au centre de rotation du premier levier, le bras du dit deuxième levier étant sensiblement superposé au premier levier de manière à former avec le bras du dit premier levier un angle aigu, caractérisé en ce que (a) l'extrémité du bras du dit deuxième levier opposée à l'ar ticulation avec le premier levier, est reliée au socle par un système de biellettes mobiles articulées autour du bras du dit premier levier, (b) le dit plot creux viscoélastique est constitué par un matériau dont le module d'Young à la température d'utili sation est compris entre 106 et 109 N/m2 et dont le facteur de perte tg 5 est supérieur ou égal à l'unité à la tempé rature d'utilisation, (c) le dit plot creux viscoélastique est contenu dans une enveloppe élastique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit second levier est constitué par un plateau articulé autour de l'extrémité du bras du premier levier opposée au centre de rotation du premier levier. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'à l'intérieur du dit plot creux visco élastique est disposé un ressort prenant appui sur le dit socle et soutenant le sommet du dit plot creux.