Brevet FR2431639A1 — publié le 19800215

La présente invention, due à la collaboration de M. Gérard GALIhS, se rapporte aux supports élastiques en élastomère, en particulier, mais non exclusivement, ceux utilisés pour la suspension des groupes motopropulseurs des véhicules automobiles. Les caractéristiques souhaitées sur de tels supports sont - Une rigidité statique bien définie, car le rôle premier d2un tel support est de porter la charge.statique qui lui est appliquée. Cette rigidité dépend des dimensions géométriques du support et de la dureté du mélange caoutchouc uti lisé. - Un certain amortissement, lors des sollicitations de fréquences basses de 10 à 20 hertz et dtamplitudes fortes de l'ordre de 0,5 à 5 mm, afin de limiter les vibrations de la masse suspendue qui en résultent (phénomène de "hachis" des moteurs d'automobiles). - Une faible rigidification dynamique aux hautes fréquences de 50 à 300 hertz environ, afin de conserver de bonnes caractéristiques de filtrage de ces vi brations, génératrices de bruit. Une des propriétés des matériaux visco-élastiques du type élastomère est l'augmentation du taux de rigidification dynamique avec la fréquence, donc la dégradation progressive du filtrage des vibrations. Cette augmentation est d'autant plus prononcée que le mélange est amortissant. Les progrès réalisés dans la formulation des mélanges aboutissent souvent à des compromis acceptables. Toutefois, il semble que l'on atteigne actuellement la limite des possibilités d'amélioration par ce moyen. Aussi a-t-on cherché à séparer la fonction "amortissement" de la fonction "rigidité" par divers dispositifs. L'un d'entre eux consiste à utiliser des supports comprenant deux chambres internes mises en communication par un orifice calibré et remplies d'un liquide de viscosité stable avec la température. D'autres systèmes utilisent la combinaison en parallèle d'un amortisseur et d'un support peu amortissant, donc bon filtre hautes fréquences, Ledit amortisseur peut être hydraulique ou du type "étouffeur dynamique". Tous ces systèmes sont toutefois relativement complexes, donc couteux,et nécessitent le plus souvent des réglages précis. La présente invention permet d'obtenir par un système très simple, donc bon marché et fiable, la combinaison d'un support en élastomère et d'un étouffeur dynamique du type "déphaseur". Le principe de fonctionnement d'un étouffeur dynamique de vibrations du type déphaseur est connu. Entre lrorgane vibrant (par exemple groupe moteur de véhicule automobile) et la structure réceptrice (par exemple châssis dudit véhicule) se trouvent placés les supports élastiques antivibratoires. L'adåonction d'un dépha seur consiste en l'installation d'une masse reliée par des éléments élastiques, d'une part, à l'organe vibrant, d'autre part, à la structure réceptrice. Cet ensemble possède une fréquence propre, correspondant à la résonance de la malle sur ses éléments élastiques. Comme pour tout système vibrant à un degré de liberté, il est connu que la masse vibre en phase avec l'excitation pour une fréquence inférieure à sa fréquence propre, en opposition de phase après. Au-delà donc de cette fréquence propre, déterminée par la valeur de la masse et les rigidités des éléments élastiques, la structure réceptrice reçoit, d'une part, une vibration, en phase avec l'excitation provenant des supports élastiques, d'autre part,une vibration en opposition de phase en provenance du déphaseur. Un choix correct des éléments constituant le déphaseur permet donc l'annulation, totale ou partielle, des vibrations reçues par la structure réceptrice. Le dispositif suivant l'invention consiste à incorporer la fonction déphaseur au support antivibratoire lui-même. Ceci permet d'obtenir l'effet d'annulation précédent. Toutefois, au lieu que cette annulation se produise au niveau de la structure réceptrice, le dispositif permet de superposer à la vibration principale en phase avec l'excitation une vibration en opposition, ceci sur le chemin même de la vibration principale et avant que celle-ci n'atteigne la structure réceptrice. D'autre part, l'incorporation du déphaseur au support élastique luimême conduit à un système particulièrement simple et donc économique. L'invention et le fonctionnement du système qui en est I'objet seront bien compris à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, faite en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels - la figure 1 représente la coupe d'un support conforme à la présente inven tion, comportant sur sa périphérie l'ensemble déphaseur.Le support peut être de forme circulaire, carrée ou tout autre forme souhaitable suivant 1' encombrement disponible, - la figure 2 représente le schéma fonctionnel du dispositif selon la figure 1, - la figure 3 représente la courbe de transmissibilité du dispositif suivant la figure 1, comparée à celle d'un support élastique sans déphaseur, - la figure 4 représente une variante du dispositif selon la figure 1 avec adjonction d'un batteur destiné à diminuer l'amplitude de la vibration trans mise lors du passage à la résonance du déphaseur. Tel qu'il est représenté sur-la figure 1, le support élastique à déphaseur incorporé comprend un bloc de caoutchouc 1, obtenu par exemple à partir d'un caoutchouc naturel de dureté 40 à 50 points Shore A, chargé de 15 à 20 parties de noir de carbone. Suivant une technique classique, lebloc est lié auxteus armatures de fixation 2 et 2' par adhésion, liaison qui s'effectue au cours de la vulcanisation. La forme de ces armatures peut être simple ou com plexe. Les armatures comportent des éléments mécaniques permettant la fixation du support à son poste de travail. Par exemple une vis soudée, comme dans le cas de la figure 1. Sur la périphérie du bloc d'élastomère constituant le support est placée la couronne élastique 3 du déphaseur. Celle-ci est maintenue en place sur le support par serrage élastique ou collage. Elle est solidaire, d'autre part, de la masse d'inertie 4 du déphaseur par collage ou adhésion par vulcanisation comme décrit précédemment. La technique de fabrication la plus simple consiste à réaliser séparément le support 1 + 2 + 2' et le déphaseur 3 + 4, puis à procéder à leur assemblage par l'une des méthodes précédemment décrites. Pour éviter tout risque de glissement du déphaseur autour du bloc 1, il est souhaitable d'aménager dans ce dernier une gorge 5, dans laquelle se logera la couronne 3.Le matériau constituant cette dernière pourra etre un caoutchouc naturel ou syn- thétique, du type SBR~par exemple, chargé de 30 à 70 parties de noir de carbone. Le choix dé ce matériau dépend des caractéristiques recherchées pour l'application, comme cela est décrit plus loin. La figure 2 représente le schéma fonctionnel du dispositif objet de l'invention, sous forme de combinaison de masse- et de ressorts suivant la convention habituellement adoptée. L'organe vibrant est situé en A. Son mouvement est schématisé par l'amplitude d'excitation a . La structure réceptrice est en B et reçoit la e force transmise Ft. E symbolise la raideur totale du support élastique seul. K peut être décomposé en trois rigidités en série, à savoir k1 et k2 en amont et en aval du déphaseur et kD qui est en parallèle avec celui-ci. En pratique, K est différent de la rigidité du support principal nu, car le déphaseur crée un effet de frettage qui augmente la raideur statique de l'ensemble. La masse m symbolise l'anneau dtinertie 4 du déphaseur, k'1 et k'2 la raideur de sa couronne élastique 3. On voit que la fréquence de résonance du déphaseur dépend - de la masse m - des rigidités k1 + k'2 et k2 + k'2, ctest-à-dire des caractéristiques de l'élastomère composant la couronne 3, ainsi que de celui composant le bloc élastique 1. A titre exemple, le bloc central a un diamètre extérieur de 53 mm, une hauteur de 35 mm, il est réalisé en caoutchouc naturel de dureté Shore 45. Si on lui adjoint un déphaseur composé - dtune couronne de caoutchouc 3 de dureté Shore 55, de hauteur 26 mm, de dia mètre extérieur 74 mm et de diamètre intérieur 53 mm, - d'une masse métallique 4 de 880 g, en forme de bague, dont la hauteur à 35 mm, le diamètre extérieur étant de 98 mm et le diamètre intérieur de 74 mm, on obtient alors un support élastique ayant une rigidité statique en compression de tordre de 50 daN/mm, équipé dtun déphaseur ayant une fréquence de coupure (fréquence propre) de l'ordre de 125 hertz. La figure 3 représente l'effet obtenu par le déphaseur en comparant les courbes de transmissibilité du support nu et du support avec déphaseur incorporé. La méthode utilisée pour tracer ces courbes consiste à faire subir à l'armature amont 2 du support (en A sur la figure 2) une sollicitation sinu soldale d'amplitude constante a et de fréquence variable. On enregistre au e niveau de l'armature aval 2' (en B sur la figure 2) l'effort transmis Ft par le support. Plus cet effort sera faible, meilleur sera le filtrage de la vibration. On reporte les valeurs enregistrées du rapport F exprimé en t e' exprimé en daN/mm, en fonction de la fréquence d'excitation comme indiqué sur la figure 3. A la fréquence 0, l'ordonnée du point C correspond à la rigidité statique du support. Dans le cas du support seul, la courbe de rigidification est une courbe croissante, dont le sens de la concavité dépend du type d'élastomère utilisé pour la réalisation du support. Cette croissance, caractéristique de la rigiditieation des matériaux visco-élastiques, explique la dégradation du filtrage avec l'élé- vation de la fréquence d'excitation. Dans le cas du support avec déphaseur, on observe tout d'abord une rigidification plus élevée que celle du support nu (partie CD de la courbe). Pour ces basses fréquences en effet, tant que lton n'a pas atteint la fréquence propre du déphaseur, la masse de celui-ci est en phase avec l'excitation. Son effort d'-inertie vient s'ajouter à effort provenant de la source d'excitation et augmente ainsi l'effort transmis. Dans cette bande de fréquences, l'effet du déphaseur est donc nuisible. Toutefois à ces fréquences relativement basses, l'intensité reste faible. D'autre part, il est peu probable de trouver à ces fréquences des résonnateurs au niveau de la structure réceptrice. Bien que transmises, les vibrations se dissiperont dans cette dernière par amortissement interne.Il est enfin possible d'utiliser certains artifices pour diminuer ffl effet nuisible, en particulier au voisinage de la résonance du déphaseur, comme cela est décrit plus loin. Lorsque la fréquence d'excitation atteint la fréquence de résdnance f du batteur, on constate la chute brusque de l'effort transmis (branche DE de r la courbe de transmissibilité). L'ordonnée du point E peut facilement être rendue inférieure à celle du point C ; la rigidité dynamique "apparente" du support est alors inférieure à la rigidité statique. Pour des fréquences supérieures à la fréquence propre du déphaseur, 11 effet d'opposition de phase joue son rôle. La transmissibilité augmente de nouveau (branche EF de la courbe), mais - elle part d'un niveau plus bas que celle du support nu, - sa croissance est en général moins rapide que celle du support seul, tout au moins pour un déphaseur correctement dimensionné. Pour une fréquence d'excitatìon donnée, l'écart entre les ordonnées des points des deux courbes représente le gain de rigidification dynamique obtenu par effet déphaseur, caractéristique de l'amélioration du filtrage de la vibration d'excitation. Aux fréquences très élevées (vers 500 hertz par exemple), l'influence du déphaseur disparait. A ces fréquences toutefois, le niveau d'excitation est très faible et l'énergie transmise est insuffisante pour exciter les résonnateurs éventuels de la structure réceptrice. Quoiqu'il en soit, pour un ensemble vibrant à isoler, une structure réceptrice et un régime de vibrations donnés,il existe un support à déphaseur incorporé dont les caractéristiques peuvent être optimisées pour améliorer le filtrage. Les paramètres sur lesquels il est possible de jouer sont - la géométrie du bloc élastique 1 - la nature de l'élastomère constituant ce bloc - la géométrie de la couronne élastique 3 - la nature de l'élastomère constituant la couronne - la valeur de la masse dtinertie 4 - le taux de serrage existant entre la couronne 3 et le bloc 1. Ce taux doit être considéré dans les conditions d'utilisationdu support, c'est-à-dire sous charge statique.Les déformations du caoutchouc steffectuant ààvolume constant, tout écrasement du support dans le sens de la compression se tra duira par une augmentation de son encombrement latéral, donc par une augmen tation du serrage entre la couronne 3 et le bloc 1. Ce serrage a une influence sur les caractéristiques du déphaseur, ainsi que sur la raideur statique de ltensemble (effet de frettage mentionné précédemment). Pour réduire 11 effet nuisible du déphaseur avant la fréquence de résonance et en particulier pour réduire la pointe de transmissibilité observée juste avant d'atteindre cette fréquence (point D de la figure 3), deux artifices peuvent être employés. Le premier consiste à utiliser pour la couronne 3 un mélange caoutchouc présentant un peu d'amortissement. Ainsi qu'il est connu, le rôle de celui-ci est de limiter l'amplitude du mouvement de la masse 4 lors du passage de la résonance , donc de diminuer son effet d'inertie nuisible dans cette zone. Cet amortissement devra être toutefois modéré pour ne pas diminuer l'efficacité du déphaseur pour des fréquences supérieures à la fréquence de résonance. Un autre artifice possible est représenté sur la figure 4. Il consiste à utiliser un deuxième étouffeur dynamique, composé d'un manchon en caoutchouc 6 et d'une masse 7, rendus solidaires entre eux et avec la masse 4 par serrage mécanique, collage ou adhésion pendant la vulcanisation ou tout autre procédé de fixation. Cet étouffeur dynamique est du type batteur, dont le principe est connu. Le choix du matériau élastique constituant l'anneau 6 et la valeur de la masse 7 doivent être tels que ce batteur calme le mouvement de la masse 4 du déphaseur pour une bande de fréquences inférieures à f . Si ce choix est correct, r l'influence du batteur sera rapidement négligeable aux fréquences supérieures et le déphaseur sera libre de remplir correctement son rôle. REVENDICATIONS 1 - Support élastique en élastomère, notamment pour la suspension de groupes motopropulseurs de véhicules automobiles, caractérisé par le fait qu'il est essentiellement constitué d'un bloc de caoutchouc central.adhérisé par ses faces supérieures et inférieures à des armatures de fixation du support aux éléments à relier, une couronne d'élastomère liée à une masse dtinertie étant solidarisée à la périphérie du bloc précédent de façon à jouer le rôle d'étouffeur dynamique dutype déphaseur. 2 - Support élastique en élastomère selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc de caoutchouc central est obtenu à partir d'un caoutchouc de dureté de l'ordre-de 40 à 50 points Shore A, chargé de 15 à 20 parties de noir de carbone; 3 - Support élastique en élastomère selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couronne d'élastomère périphérique résulte d'un mélange naturel ou synthétique, chargé de 30 à 70 parties de noir de carbone, et possède une dureté de l'ordre de 55 points Shore A. 4 - Support élastique en élastomère selon la revendication f, caractérisé en ce que la couronne est positionnée dans une gorge aménagée à la périphérie du bloc central. 5 - Support élastique en élastomère selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif amoindrissant la résonance propre de la masse du déphaseur, ce dispositif étant constitué par un batteur accordé sur la fréquence à atténuer et formé d'un manchon élastique rendu solidaire dlune seconde masse.