Brevet FR2468036A1 — publié le 19810430

La présente invention concerne un dispositif pour l'absorption d'énergie cinétique, comprenant deux corps disposés coaxialement et des éléments de jonction entre ces deux corps. Des dispositifs du genre en question peuvent être utiles dans de nombreux domaines d'application différents pour l'amor- tissement de chocs, l'absorption d'énergie, l'amortissement d'oscillations ou la suppression de vibrations. Ils ont tous pour caractéristique commune qu'une première partie est raccordée au générateur des chocs ou secousses et qu'une seconde partie agit en tant que masse annulatrice d'énergie, un élément intermé- diaire étant prévu pour transmettre l'énergie de la première partie à la seconde partie. D'après le brevet suisse n0 495 515, l'élément intermé- diaire est constitué par des paquets de tôles qui servent au support de la masse d'amortissement sur l'enveloppe et il est prévu un liquide visqueux qui remplit l'enveloppe de l'amortis- seur dans une mesure suffisante pour que la masse d'amortis- sement et les paquets de tôles soient complètement noyés. Dans le brevet suisse n0 534 825, il est décrit un amor- tisseur avec lequel un mouvement dans l'une de deux directions de mouvement possibles peut s'effectuer librement, tandis qu'une force d'amortissement s'oppose au mouvement dans la seconde direction. La force d'amortissement est produite au moyen d'un manchon en une matière qui présente les propriétés d'un élastomère et avec des billes qui s'enfoncent dans cette matière. On met ici à profit l'incompressibilité de la matière synthétique élastomère, d'après laquelle le volume reste pra- tiquement inchangé et une compression dans une direction se traduit par une dilatation dans l'autre direction. Pendant le mouvement dans la direction dans laquelle de l'énergie est absorbée, les billes sont repoussées vers l'intérieur en direction radiale par une paroi conique, ce qui crée dans la matière élastomère une zone comprimée en direction radiale et étirée en direction longitudinale. Avec cette déformation, de l'énergie est absorbée. L'amortisseur de chocs suivant le brevet suisse no 411 471 se compose d'une chambre avec une substance susceptible de fluage qui se trouve à l'état solide et avec un piston dans la chambre. En tant que substance, il est proposé entre autres un caoutchouc silicone. L'attaque par la force s'effectue sur la tige de piston. L'absorption d'énergie se produit en partie par la conversion en force de frottement et en partie par la conversion en force de cisaillement, forces qui peuvent être exercées par la substance. Le but de l'invention est de fournir un dispositif par lequel l'énergie soit absorbée de telle sorte que les oscillations soient non seulement amorties, mais annulées directement, et cela d'une manière qui est largement indépendante de la fréquence d'oscillation. D'après l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce qu'une gorge au moins est formée dans l'une des parois mutuel- lement opposées du corps extérieur et du corps intérieur, en ce qu'un corps roulant en une matière solide compressible est logé dans la gorge et s'applique sur la surface de l'autre corps, en ce que le corps extérieur est réalisé sous forme d'enveloppe pour le corps intérieur et comporte sur ses deux parois de fermeture, en position centrale par rapport à l'axe longitudinal, des paliers pour un élément animé d'un mouvement oscillant de translation, tandis que le corps intérieur est muni, le long de l'axe longitudinal, d'une foruretransversante dont le diamètre est plus grand que celui de l'élément, et en ce que les éléments à ressort sont prévus des deux côtés du corps intérieur entre les faces frontales de celui-ci et les parois de fermeture. Des exemples de réalisation de l'invention sont décrits ci-après en référence aux dessins annexés. La fig. 1 est une vue en coupe d'une machine-outil à main pour un outil oscillant, machine dont la partie motrice n'est qu'indiquée. La fig. 2 est une vue de détail, à échelle fortement agrandie, de la zone désignée par II sur la fig. 1. Les fig. 3a et 3b représentent en coupe un dispositif suivant l'invention en position moyenne et en position de déviation maximale. Les fig. 4a à 4c représentent trois formes d'anneaux de rebondissement. La vue en coupe présentée sur la fig. 1 permet de distin- guer, parmi les éléments d'une machine-outil à main, l'enveloppe1, un piston 2 servant de dispositif moteur - comme par exemple dans le cas d-'un entraînement oscillant de type pneumatique ou électro- magnétique - et un annulateur d'oscillations 4. L'annulateur d'oscillations 4 est constitué par un corps cylindrique comportant deux gorges 6 pratiquées tout autour de sa périphérie et par des anneaux de roulement 7 disposés dans les gorges. De chaque côté frontal, l'annulateur d'oscillations 4 repose sur un anneau de rebondissement 5. Le piston 2 est raccordé, par une tige de piston 8 qui est montée dans l'enveloppe 1 au moyen de deux paliers lisses, à un outil oscillant 3, par exemple une lime, une scie, une meule ou similaire, dans un porte- outil de guidage 9. La fig. 2 montre, à échelle fortement agrandie, une gorge 6 pratiquée dans l'annulateur d'oscillations 4, gorge dans laquelle est inséré un anneau de roulement 7 qui est déformé entre l'enve- loppe 1 et le fond de la gorge. Pour ne pas surcharger les figures de détails secondaires, on n'a pas représenté les surfaces de séparation prévues dans l'enveloppe 1 pour permettre sa fabri- cation et le montage de l'annulateur d'oscillations 4. L'annulateur d'oscillations 4 ainsi réalisé agit de la manière suivante. Des oscillations se situant dans la gamme de fréquence de 30 à 200 Hz environ sont transmises par le piston moteur 2 à l'enveloppe 1. Ces oscillations sont captées par les anneaux de roulement 7 et délivrées à l'annulateur d'oscillations 4. Celui-ci se déplace avec un décalage de phase de 1800 par rapport au mouvement oscillant de l'enveloppe et les anneaux de roulement 7 roulent en un mouvement de va-et-vient correspon- dant au mouvement oscillant, d'un côté sur la paroi de l'enveloppe 1 et de l'autre côté dans les gorges. Du fait que les anneaux de roulement sont déjà déformés dans leur position de repos, cette déformation est maintenue lors de leur roulement et la force qu'il faut pour déformer les anneaux de roulement 7 consomme une partie de l'énergie. Si l'on utilise une matière élastomère pour les anneaux de roulement, il peut se produire simultanément différents types d'amortissement qui sont créés chacun par une force de défor- mation. C'est ainsi qu'il existe un amortissement par friction dû au frottement de roulement des anneaux et qu'il se produit, du fait de la déformation, un amortissement visqueux auquel peut se surajouter un amortissement de vitesse exponentiel. La transmission de l'énergie de l'enveloppe 1 à l'annulateur d'oscil- lations 4 s'effectue par une force d'amortissement de vitesse exponentiel au moyen des anneaux de rebondissement 5. L'adaptation du système oscillant à un large spectre de fréquence résulte du fait que l'entraînement de l'annulateur d'oscillations 4 s'effectue par l'intermédiaire des anneaux de rebondissement 5 avec influence des anneaux de roulement 7. Les anneaux de rebondissement 5 sont réalisés de telle sorte que leur courbe de force/chemin parcouru ait une allure exponentielle, d'o il résulte que l'accord de la fréquence entre enveloppe 1, annulateur d'oscillations 4 et anneaux de rebondissement 5 s'établit spontanément à une fréquence se situant dans les limites d'une large bande, dont la fréquence limite supérieure est appro- ximativement 5 fois plus élevée que la fréquence limite infé- rieure. Du fait que les anneaux de roulement 7 transmettent encore des forces cinétiques supplémentaires de l'enveloppe 1 à l'annu- lateur d'oscillations 4 et vice-versa, les rapports de résonance propre du système oscillant subissent une correction supplémen- taire. Les fig. 3a et 3b représentent le système oscillant dans deux positions de fonctionnement, c'est-à-dire que la fig. 3a représente une position moyenne et la fig. 3b une position extrême, lorsque l'annulateur d'oscillations 4 a été complè- tement dévié vers la droite en considérant le dessin. L'annulateur d'oscillations 4 est excité par l'enveloppe 1 par l'intermédiaire des anneaux de rebondissement 5 et des anneaux de roulement 7. Lorsque la tige de piston 8 est déplacée périodiquement dans le sens de la flèche A et dans le sens de la flèche B, elle transmet une partie de l'énergie cinétique à l'enveloppe 1. Les anneaux de rebondissement 5 captent le mou- vement et mettent en oscillation l'annulateur d'oscillations 4, d'o il résulte que les anneaux de rebondissement 5 sont déformés, comme le montre la fig. 3b. De ce fait, l'annulateur d'oscillations 4 oscille avec un décalage de phase de 1800 par rapport à l'enveloppe. Ce mouvement à contre-sens est retransmis à l'enveloppe par les anneaux de roulement 7, si bien que les mouvements sont presque complètement annulés. La fig. 4 représente en coupe trois autres formes dif- férentes des anneaux de rebondissement qui présentent chacune une courbe de force/chemin parcouru particulière et peuvent être choisies selon la grandeur de l'oscillation à annuler et selon la bande de fréquences dans laquelle se situent les oscillations auxquelles on peut s'attendre. Un annulateur d'oscillations suivant la fig. 1 a été incorporé dans un outil d'essai et on a pu mesurer les valeurs suivantes: Course de l'enveloppe sans absorber d'énergie 0,68 mm Course de l'enveloppe avec un annulateur suivant la fig. 1, mais sans anneaux de roulement 7:0,15 mm Course de l'enveloppe avec l'annulateur complet de la fig. 1 0,03 mm Ces chiffres montrent clairement que le système oscillant à contre-sens suffit déjà à lui seul, mais qu'il faut encore une retransmission au moyen des anneaux de roulement 7 pour parvenir à une annulation effective des oscillations. En raison de la large bande de fréquences, les oscillations sont également réduites fortement au démarrage. A la place d'un corps intérieur 4 réalisé sous forme cylindrique, celuici peut aussi avoir une forme polygonale, par exemple carrée en coupe transversale, auquel cas plusieurs gorges transversales droites, formées par fraisage, contiennent des corps-rouleaux rectilignes séparés qui sont appliqués sur des parois intérieures planes du corps extérieur 1. Mais cette variante de réalisation n'est guère appliquée, en raison des frais d'usinage plus élevés qu'elle entraîne. - REVENDICATIONS - ______________ 1. Dispositif pour l'absorption d'énergie cinétique, comprenant deux corps disposés coaxialement et des éléments de jonction entre ces deux corps, caractérisé en ce qu'une gorge (6) au moins est formée dans l'une des parois mutuellement opposées du corps extérieur (1) et du corps intérieur (4), en ce qu'un corps roulant (7) en une matière solide compressible est logé dans la gorge (6) et s'applique sur la surface de l'autre corps, en ce que le corps extérieur est réalisé sous forme d'enveloppe (1) pour le corps intérieur et comporte sur ses deux parois de fermeture, en position centrale par rapport à l'axe longitudinal, des paliers pour un élément (8) animé d'un mouvement oscillant de translation, tandis que le corps intérieur est muni, le long de l'axe longitudinal, d'une f orure transversante dont le diamètre est plus grand que celui de l'élément, et en ce que les éléments à ressort (5) sont prévus des deux côtés du corps intérieur entre les faces frontales de celui-ci et les parois de fermeture. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi interne du corps extérieur et la paroi externe du corps intérieur sont réalisées sous forme cylindrique et le corps 20. roulant est un anneau de roulement (6). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est formé, dans le corps intérieur, deux gorges (6) dont la largeur est un multiple du diamètre des surfaces de révolution des anneaux de roulement. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la largeur de la fente est égale au diamètre des anneaux de roulement, multiplié par 1,5. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la section droite des anneaux de roulement (6, 7) est un cercle. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments à ressort sont des corps annulaires. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section droite des éléments à ressort est un cercle. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section droite des éléments à ressort est un quadrila- tère dont deux angles sont dirigés radialement et deux angles sont dirigés axialement par rapport aux corps. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section droite des éléments à ressort est un rectangle avec un épaississement et le grand côté du rectangle est dirigé radialement par rapport aux corps. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications6 à 8, caractérisé en ce que les éléments à ressort sont faits de polybutadiène. 11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps extérieur est la poignée d'un appareil équipé d'une commande de mouvement oscillant. 12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière solide compressible est une matière élastique. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la matière élastique est un élastomère.