Brevet FR2466675A1 — publié le 19810410

La présente invention se rapporte à des isolateurs pour fixer ensemble deux composants d'une structure de façon à réduire la transmission des vibrations et du bruit entre eux, et elle se rapporte plus particulièrement à de tels isolateurs ayant la forme de manchonnages ou rondelles élastiques en élastomère destinés à venir entre l'un-des composants et un moyen de fixation le traversant et le fixant à l'autre composant. Des isolateurs de vibrations sous forme de manchonna- ges ou rondelles élastiques, fabriqués en un élastomère et conçus pour être insérés dans une ouverture d'un composant et par o peut passer un moyen de fixation dans le but de fixer un composant à un autre, sont bien connus. En général, de tels isolateurs ont la forme de deux tubes cylindriques et creux à parois épaisses, chacun ayant un rebord disposé radialement à une extrémité, ou sont formés d'une combinaison d'un tel tube à rebord et d'une rondelle élastique. Les tubes sont dimensionnés pour s'adapter très serrés dans une ouverture traversant le composant à fixer et ensuite, pour être fixés très serrés par un moyen de fixation comme un boulon traversant les alésages centraux des tubes. Les rebords (ou le rebord et la rondelle) sont conçus pour engager les surfaces-du composant adjacent et entourant l'ouverture et pour être maintenus captifs au composant par le moyen de fixation quand ce derier est fixé à l'autre composant. Comme on le sait bien, de tels isolateurs fonctionnent en joignant élastiquement les deux composants l'un à l'autre pour former un oscillateur mécanique dont la fréquence naturelle, de conception> est inférieure à toute fréquence de vibration à atténuer d'au moins environ 29%, la quantité d'atténuation dépendant du rapport des deux fréquences et devenant plus importante avec l'aug- mentation du rapport de la fréquence à atténuer à la fréquence naturelle. La fréquence naturelle d'une oscillation de translation d'un composant d'une masse donnée supporté par un isolateur élastique est directement proportionnelle à la racine carrée de la raideur de ressort de l'isolateur, et cela à son tour dépend du type de contrainte auquel l'isolateur est soumis, de la composition de l'isolateur et de sa forme et de ses dimensions. Pour des isolateurs du type à rondelle, les charges sont vues par la rondelle comme des contraintes de compression et la raideur de ressort d'un tel isolateur est le produit du module de compression du matériau et de l'aire en coupe transversale de l'isolateur perpendi- culairement et supportant la chargeldivisé par l'épaisseur de l'isolateur dans la direction de la force appliquée. Pour des élastomères élastiques, le module lui-même dépend de la forme car de tels matériaux sont très incompressibles et obtiennent leur élasticité par écoulement élastique, les surfaces libres de l'élastomère se renflant vers l'extérieur par l'application de la charge. Pour une charge donnée, le module augmente avec l'augmen- tation de la surface en coupe transversale supportant la charge et avec la diminution de l'aire de surface libre (aire ou surface de renflement). La dépendance du module sur ces deux aires ou surfaces est habituellement exprimée comme une dépendance sur un seul paramètre, le facteur de forme, défini comme le rapport de la surface portant la charge à la surface de renflement. Plus le facteur de forme est important, plus le module est important. On notera que la raideur d'un isolateur, et par conséquent l'atténuation qu'il produit, peuvent être différentes dans différentes directions. Un problème fonda- mental que l'on rencontre dans la conception d'un isolateur consiste à obtenir la raideur requise dans différentes directions tout en maintenant l'isolateur dans une enveloppe spatiale permise. Dans le cas d'un isolateur du type à rondelle, il est généralement symétrique autour d'un axe et il ne faut considérer que les raideurs axiales et radiales. Les charges axiales sont prises en compression par les têtes à rebord de l'isolateur, tandis que les charges radiales sont considérées par la partie médiane de plus petit diamètre. Il est difficile d'obtenir une atténuation à basse fréquence, en particulier en ce qui concerne les charges axiales. Comme on l'a mentionné, la fréquence naturelle varie comme la racine carrée de la raideur de ressort; ainsi, une diminution de dix fois de la raideur de ressort n'a pour résultat qu'une diminution de trois fois de la fréquence naturelle. Dans les isolateurs selon l'art antérieur, la raideur de ressort en direction axiale est typiquement diminuée par diminution de la surface de support de la charge en diminuant le rayon de la tète à rebord, ou en augmentant l'épaisseur de cette tète ou les deux. On notera qu'en faisant varier la raideur de ressortde l'isolateur en faisant varier le rayon du rebord tout en maintenant une épaisseur constante du rebord, tandis que la surface de support de la charge varie comme le carré du rayon, le facteur de forme ne varie que comme le rayon, puisque la surface de renflement varie directement comme le rayon. Pour obtenir une dépendance de plus forte puissance du rayon sur le facteur de forme, afin de modifier plus fortement la raideur de ressort, il faut augmenter simultanément l'épaisseur du rebord avec la diminution de son rayon. Pour obtenir une raideur de ressort faible souhaitée en direction axiale par de telles tentativeson arrive souvent à des conceptions impossibles, parce que le diamètre requis du rebord devient trop petit pour bien fixer l'isolateur au composant ou le rebord devient trop épais, dépassant ainsi l'enveloppe spatiale possible et produisant une configuration moins stable. Dans une autre tentative on a tenté d'incorporer des gorges radiales dans le rebord, afin de modifier ainsi la surface de support de la charge et le facteur de forme d'un rebord remplissant une enveloppe spatiale donnée. On notera que, pour un nombre donné de gorges d'une profon- deur donnée, le facteur de forme ne varie de nouveau pas aussi rapidement que la surface supportant la charge, car tout changement de cette surface a pour résultat un change- ment dans le même sens de la surface de renflement. On 2466675. notera que l'analyse de conception d'un tel rebord est plus laborieuseque celle pour un simple rebord et de plus, que les outils nécessaires pour produire une telle pièce sont plus complexes et coûteux. En conséquence, la présente invention a pour objet un isolateur du type à rondelle pouvant être configuré pour avoir une faible raideur axiale de ressort sans que le diamètre du rebord devienne trop petit pour pouvoir bien fixer 1'isolateur au composant ou que le rebord devienne trop épais, dépassant ainsi l'enveloppe spatiale permise. La présente invention a pour autre objet une famille de tels isolateurs o les têtes à rebord des isolateurs occupent toutesune enveloppe spatiale semblable tout en ayant des raideum axiales de ressort différentes. La présente invention a pour autre objet une concep- tion de tels isolateurs permettant une simple analyse et un outillage simple. La présente invention a pour autre objet un isola- teur ayant une stabilité maximum pour une surface donnée de support de la charge. Ces objets et d'autres encore sont atteints par un isolateur en deux pièces selon l'invention o chaque pièce est un disque élastique pourvu d'une dépression interne circulaire concentrique ayant une ouverture circulaire centrée, au moins l'un des disques étant fixé extérieurement comme un rebord à une extrémité d'un tube cylindrique élastique. La raideur axiale de ressort de l'isolateur peut être modifiée en maintenant constantes les dimensions générales du disque élastique et en faisant varier le diamètre de la dépression. En faisant varier la raideur de ressort de cette façon, non seulement on peut réduire la fréquence naturelle d'un isolateur tout en maintenant le diamètre externe du rebord, mais on peut également obtenir un facteur minimum de forme pour une surface de support de charge donnée et une épaisseur donnée du rebord, car la zone de renflement augmente en réalité pour une diminution de la surface de support de la charge. 2466675; Des manchonnages fats selon la présente invention peuvent par conséquent avoir diverses raideurs axiales de ressort tout en occupant néanmoins des enveloppes spatiales semblables. En particulier, ce type de manchonnage peut avoir une raideur axiale de ressort minimum pour un diamètre externe de rebord donné ainsi qu'une épaisseur axiale donnée. Puisque le manchonnage a la forme d'une série de surfaces concentriques de révolution découpées par les plans normaux, l'outillage nécessaire pour couler l'élastomère est relativement simple, facile à fabriquer et de faible prix, en particulier en comparaison avec les manchonnages à gorges radiales. Cette forme se prête également à une analyse mathématique plus ample, dans des buts de concep- tion, que le manchonnage à gorges radiales. De plus, comme les charges axiales sont supportées périphériquement par un rebord ayant le diamètre maximum permissible et l'épaisseur minimum, plutôt que d'être disbribuées sur un certain nombre de tampons dirigés radialement ou sur un rebord de plus petit diamètre ou axialement plus épais, le manchonnage selon la présente invention est relativement plus stable que ceux déjà connus ou évidents à ceux qui sont compétents en la matière. L'nvention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparal- tront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels: - la figure 1 est une vue isométrique en regardant vers une extrémité d'un manchonnage formé selon les principes de la présente invention; - la figure 2 est une vue isométrique en regardant vers l'extrémité opposée du manchonnage de la figure 1; - la figure 3 est une coupe, faite suivant l'axe, du manchonnage de la figure 1; 2466675; - la figure 4 est une coupe, faite suivant l'axe de deux manchonnages du type représenté sur la figure 1, assemblés pour former un isolateur entre deux organes de structure; et - la figure 5 est une coupe, faite suivant l'axe, d'un autre mode de réalisation de la présente invention. En se référant aux figures 1 à 3, on peut voir un manchonnage 20 fait selon les principes de la présente invention. Le manchonnage 20 se compose d'un manchon 22 ayant un rebord externe 24 disposé autour d'une extrémité. Le manchon 22.etle rebord 24 sont de préférence formés en une pièce, et peuvent être faits en une grande variété d'élastomères synthétiques ou naturels, comme du néoprbne ou du caoutchouc de polyuréthane. On peut citer comme matériaux préférés un caoutchouc de fluorosilicone. Le manchon 22 a sensiblement la forme d'un tube cylindrique et circulaire droit à parois épaisse ayant une surface externe 26 et une surface interne concentrique 28, comme on peut le voir en se référant à la figure 3. L'extré- mité du manchon 22 éloignéedu rebord 24 se termine par une face extrême sensiblement plate 30. Dans l'alésage délimité par la surface interne 28 se trouve un tube 32. Le tube 32 a la forme d'un cylindre circulaire droit et plein ayant un alésage axial 34. La longueur axiale du tube 32 est choisie pour être légèrement supérieure à celle du manchon 22 (la longueur du manchon 22 est considérée comme étant la distance entre sa face extrême 30 et la surface annulaire 40 du rebord 24), et le tube 32 est disposé dans le manchon 22 afin d'en faire saillie sur une légère distance au-delà de la face extrême 30, comme on le décrira en détail ci-après. Le tube 32 est pourvu de surfaces extrêmes sensiblement planes et lisses 36 et 38, respectivement adjacente et éloignée de la face extrême 30. Le tube 32 est fabriqué en un matériau sensiblement rigide et dans le mode de réalisation préféré, il est en aluminium,bien que l'on comprenne que d'autres matériaux puissent être utilisés à condition qu'ils possèdent la rigidité requise. Tandis que dans une méthode préférée de fabrication, le manchon 22 est moulé autour du tube 32 afin de former une unité en une pièce, il sera évident à ceux qui sont compétents en la matière que le manchon peut être préformé avec un alésage creux défini par la surface interne 28, le tube 32 étant inséré et fixé ultérieurement par un ciment approprié. Le rebord 24 s'étend vers l'extérieur de l'extrémité du manchon 22 qui est éloignée de la face extrême 30. Le rebord a la forme d'une extension radiale du manchon en forme de disque et il est-sensiblement concentrique avec lui. Le rebord 24 est pourvu de deux surfaces planes et sensiblement lisses 40 et 42 respectivement adjacente et éloignée de la surface externe 26 du manchon 22. Le rebord est dimensionné afin de situer la surface 42 à la même distance du plan de la face extrême 30, que la surface 38 du tube 32 ou plus loin. Le rebord a une surface cylin- drique externe 44. La surface 42, plutôt que d'être continue radialement sur l'étendue du rebord 24, a la forme d'une lèvre annulaire, étant centralement allégée par une dépression 45 concentrique avec la surface cylindrique externe 44 et définie par une surface cylindrique interne 46 et un fond 48. L'étendue axiale de la surface cylindrique interne 46 est choisie pour être inférieure à celle de la surface cylindrique externe 44. Par ailleurs, selon l'invention, l'étendue axiale (longueur) et le diamètre de la surface cylindrique interne 46 sont choisis en considérant la raideur de ressort souhaitée en direction axiale, comme on le décrira ei-après. La région centrale de la dépression 45 est typiquement occupée par le tube 32. Un congé 49, qui n'est pas essentiel à la présente inven- tion, peut être formé entre le fond 48 et le tube 32, si on le souhaite. On utilise des paires de manchonnages2O fabriqués selon l'invention pour former un isolateur. En se référant à la figure 4, on peut y voir, en coupe fragmentaire, deux composants 50 et 52 reliés l'un à l'autre par un isolateur 2466675; formé de deux manchonnages 20a et 20b utilisés avec une rondelle 54 et un boulon 56. Dans un mode de réalisation préféré, les manchonnages 20a et 20b sont identiques l'un à l'autre par leursdimensions et leur composition, bien qu'en principe, ils puissent différer l'un de l'autre. Ainsi, par exemple,le manchon 22 et le tube 32 de l'un des manchonnages peuvent avoir une longueur axiale réduite Jusqu' au point o l'un des manchonnages formant l'isolateur n'est essentiellement rien de plus qu'une rondelle élastique ayant une âme réduite et creuse, la partie de manchon de l'isolateur étant formée totalement par l'autre manchomnge. Le boulon 56, traversant la rondelle 54 et les tubes 32 et vissé dans un trou taraudé dans le composant 52, maintient les deux manchonnages 20a-et 20b captifs en engagementdans un orifice, dimensionné pour recevoir les manchons 22, dans le composant 50. Le rebord 24a du manchonnage 20a est maintenu par le boulon 56 en compression entre la rondelle 54 et le composant 50 tandis que le rebord 24b du manchonnage 20best maintenu de même en compression entre les composants 50 et 52. La quantité de force de compression que l'on peut appliquer par le boulon est limitée, dans un mode de réalisation préféré, par les longueurs axiales des tubes 32 qui ont été dimen- sionnés pour avoir une longueur combinée inférieure à l'épaisseur combinée du composant 50 et des rebords 24a et 24b non sous contrainte de la quantité de la compression souhaitée. On notera qu'un contrôle semblable de la quantité de compression côté rebord peut être obtenu par d'autres moyens, par exemple en utilisant une clé dynamomètrique. Pour aider à l'assemblage, la rondelle 54 peut être fixée, au moyen d'un époxy ou autre adhésif, à la surface 42 du rebord 24a. Autrement, le rebord 24a est semblable au rebord 24b et la structure et la fonction de toutes les pièces portant les mêmes repères des manchon- nages 20a et 20b sont les mêmes que pour le manchonnage 20. Comme on l'a indiqué précédemment, un isolateur peut également être formé en combinant un seul manchonnage 20 à une rondelle élastique. Une rondelle élastique 20c pouvant avantageusement être utilisée dans ce but est représentée sur la figure 5. Comme on peut le voir, la rondelle 20c se compose du rebord 24c et du tube 32c. Le tube 32c est dimensionné afin d'être légèrement plus court, en étendue axiale, que l'étendue axiale du rebord 24c et il est pourvu d'une surface extrême plate 36c disposée pour être coplanaire avec la surface annulaire 40c du rebord. La surface annulaire 40c s'étend radialement à partir du tube 32c jusqu'à la surface externe 44. A tous les autres points de vue, le rebord 24c est semblable au rebord 24 et etube 32c au tube 32. En utilisation, la rondelle élastique 20cpeut être combinée à un manchonnage 20 pour former un isolateur (non représenté) essentiellement de la même façon que deux manchonnages20 peuvent être combinés. Par exemple, la rondelle élastique 20c peut être utilisée à la place de l'un des manchonnages 20 dans l'installation de la figure 4, la rondelle étant placée avec sa surface 40c en contact avec le composant 50 et le tube 32c concentri- que à l'ouverture à travers le composant. Cet assemblage est alors fixé de la même façon que pour les manchonnages a et 20b. On notera que, comme la rondelle élastique 20c n'est pas pourvue de manchon, toute charge radiale imposée sur un tel isolateur est supportée principalement par le manchon 22 du manchonnage 20 utilisé avec la rondelle élastique. A tous les autres points de vue, la performance de l'isolateur formé par combinaison d'un manchonnage 20 et d'une rondelle élastique 20c est semblable à celle d'un isolateur formé de deux manchonnages, les pièces identiques de la rondelle élastique et du manchonnage accomplissant les mêmes fonctions. Ainsi, les charges axiales peuvent être supportées par le rebord 24 du manchonnage et le rebord 24c de la rondelle élastique. Puisqu'un isolateur formé de deux manchonnages 20 ne diffère pas de façon importante d'un isolateur formé d'un manchonnage 20 et d'une rondelle 20c par les détails de construction, d'assemblage et de fonctionnement, la description détaillée qui suit se rapportera à un isola- teur formé de deux manchonnages. En se référant à la figure 4, les mouvements des composants 50 et 52 l'un par rapport à l'autre sont vus par les manchonnages 20a et 20b comme des charges dynamiques de compression. Les mouvements des composants vers ou au loin l'un de l'autre sont vus comme des forces axiales de compression par lesrebords24b et 24a respec- tivement, tandis que des mouvements dans des directions perpendiculaires à ceux-là sont vus comme des forces radiales de compression parles manchons 22. Pour une enveloppe spatiale donnée (c'est-à-dire pour des diamètres externes donnés des rebords 24a et 24b et des manchons 22 et pour une longueur axiale dètubes32 et une épaisseur du composant 50 combinées donnée), la raideur de ressort de l'isolateur dépend, comme ceux qui sont compétents en la matière le comprendront, des matériaux de construction et des paramètres dimensionnels restant. Ainsi, la raideur radiale de ressort dépend, entre autres de l'étendue axiale des manchons 22 (qui, avec le diamètre externe déjà établi des manchons, détermine la surface de support de la charge) et du diamètre interne du manchon> c'est- à-dire le diamètre externe des tubes 32 (ce qui, avec le diamètre externe des manchons, établit l'épaisseur radiale des manchons et leuis zonesde renflement). Dans le cas des rebords 24a et 24bAles dimensions axiales et radiales des surfaces cylindriques externes 44 sont prédé- terminées par l'enveloppe spatiale souhaitée et les dimensions axiales et radiales de la surface cylindrique interne 48 peuvent être modifiées pour faire varier l'aire de la surface 42 ( la zone de support de la charge pour des charges axiales) et la surface cylindrique interne 46 (surface de renflement en partie). Les manchonnages faits selon l'invention peuvent par conséquent avoir diverses raideurs axiales et radiales de ressort tout en occupant néanmoins des enveloppes spatiales semblables. En parti- culier, ce type de manchonnage peut être fait pour avoir une raideur de ressort axiale minimum pour un diamètre externe donné du rebord et une épaisseur axiale donnée. Puisque la forme du manchonnage est composée d'une série de surfaces concentriques de révolution découpées par leur plan perpendiculaire, l'outillage nécessaire pour couler l'élastomère est relativement simple et peut facilement être fabriqué à un prix relativement bas, en particulier en comparaison d'un manchonnage à gorge radiales. De ce point de vue, il est important d'apprécier que l'on peut utiliser sensiblement le même moule pour effectuer des manchonnages avec ds dimensions externes identiques mais des raideurs de ressort différentes, car les dimensions de la cavité 45 peuvent être modifiées en employant des noyaux différents dans le moule. En consé- quence, on peut produire une grande variété d'isolateurs différant par les raideurs de ressort à un prix légère- ment plus élevé de l'équipement que celui requis pour produiie des isolateurs ayant des raideurs de ressort identiques. La forme du manchonnage selon l'invention se prote également à une analyse mécanique plus simple, dans des buts de conception, que pour un manchonnage à gorges radiales. Par ailleurs, comme les charges axiales sont supportées périphériquement par un rebord ayant un diamè- tre maximum permissible, et une épaisseur axiale minimum, plutôt que d'être distribuées sur un certain nombre de tampons dirigés radialement, ou sur un plus petit diamètre ou un rebord axialement plus épais, le manchonnage est relativement plus stable que de tels manchonnages. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son espd.t et mises en òuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Manchonnage à utiliser pour fixer deux composants l'un à l'autre afin de réduire la transmission des vibrations mécaniques et du bruit entre eux, caractérisé en ce qu'il comprend: un manchon (22) en un matériau élastique ayant sensiblement la forme d'un tube cylindrique, circulaire, droit,à parois-épaisses se terminant par des première et seconde extrémités et ayant un alésage axial interne; uniebord (24) en un matériau élastique sensiblement sous forme d'un disque fixé à l'extérieur et sensiblement concentrique audit manchon à sa première extrémité; et une lèvre (42) en un matériau élastique sensiblement sous forme d'un anneau fixé périphériquement audit rebord et dirigé au loin de ladite seconde extrémité. 2. MEFchonnage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un tube rigide et cylindrique (32) fixé très serré dans l'alésage axial interne. 3. Manchonnage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube rigide cylindrique est dimensionné et disposé afin de s'étendre de l'alésage à l'une des première et seconde extrémités et pas sur une distance supérieure à l'étendue de la lèvre au-delà du rebord à la première extrémité. 4. Manchonnage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une rondelle rigide et circulaire (54) concentrique au manchon et fixée à la lèvre. 5.M archonnage selon l'une quelconque des revendi- cations 1 ou 2, caractérisé en ce que le manchon et le rebord font corps l'un avec l'autre et sont dans le même matériau. 6. Rondelle à utiliser pour la fixation de deux composants afin de réduire la transmission des vibrations mécaniques et du bruit entre eux,caractérisée en ce qu'elle comprend: un disque circulaire (24c) en un matériau élastique ayant une ouverture circulaire centrale le traversant d'un première côté plan à un second côté plan dudit disque et une lèvre (42) en un matériau élastique sensiblement sous forme d'un anneau fixé périphériquement au premier côté plan du disque. 7. Rondelle selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus un tube rigide et circulaire (32c) fixé très serré dans l'ouverture circulaire centrale. 8. Rondelle selon la revendication 7, caractérisée en ce que le tube circulaire rigide est dimensionné et disposé de façon à s'étendre de l'ouverture circulaire sur le premier côté plan du disque sur une distance ne dépassant pas l'étendue de la lèvre au-delà du disque. 9. Rondelle selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus une rondelle rigide et circulaire (54) concentrique au disque et fixée à la lèvre. 10. Rondelle selon la revendication 6, caractérisée en ce que le disque et la lèvre font corps et sont faits dans le même matériau. 11. Isolateur de vibrations pour fixer deux composants, caractérisé en ce qu'il se compose de deux piècesychacune comprenant en combinaison: un disque (24) en un matériau élastique ayant une ouverture centrale circulaire le traversant d'un premier côté plan à un second côté plan; une lèvre (42) en un matériau élastique sensiblement sous forme d'un anneau fixé périphériquement au premier côté plan du disque; et en ce que de plus au moins l'une desdites pièces comporte un manchon (32) en un matériau élastique ayant sensiblement la forme d'un tube cylindrique circulaire et droit à parois épaisses ayant un alésage axial interne concentrique au disque, le disque de cette pièce étant fixé à une extrémité du manchon afin de former un rebord externe. 12. Isolateur selon la revendication 11, caractérisé 2466675. en ce que les deux pièces sont disposées de façon que les seconds côtés plan des disques soient plus proches l'un de l'autre que les premiers côtés plan des disques. 13. Isolateur selon la revendication 12, caractérisé en ce que les disques et les manchons sont faits dans le même matériau.