Brevet FR2472114A1 — publié le 19810626

Stabilisateur creux pour véhicule. La présente invention concerne un stabilisateur creux pour un véhicule et elle a trait, plus particulièrement, à un stabilisateur formé par un tube métallique et comportant une section de torsion destinée à être accoupléeà un châssis, une paire de sectionsde bras destines à être accouplées à une suspension de roues et une paire de sections courbées raccor- dant chacune la section de torsion et la section de bras corres- pondante. On a tendance à former des stabilisateurs de véhi- cule avec des tubes pour en réduire le poids. On les réalise habituellement avec un tube sans soudure et non pas un tube soudé tel qu'un tube soudé électriquement. Un tube sans soudure résiste à la fatigue et donne un stabilisateur fiable mais il est coûteux. Par contre, un tube soudé est peu coûteux mais sa soudure se fatigue plus rapidement que les autres parties, particulièrement lorsque le tube est soumis de façon répétée à un effort important. Ceci est la raison pour laquelle on n'utilise pas habituellement de tube soudé pour former un stabilisateur de véhicule malgré son faible prix. Un objet de la présente invention est de procurer un stabilisateur creux pour véhicule, ce stabilisateur étant formé par un tube soudé tout en étant aussi résistant à la fati- gue et aussi fiable qu'un stabilisateur formé par un tube sans soudure. Pour atteindre l'obJectif mentionné ci-dessus, la présente invention utilise un tube soudé et la soudure du tube est placée à une position spécifique qui est déterminée par le rapport entre le rayon de courbure des sections courbées et le diamètre extérieur de ces sections (rapport que l'on appellera par la suite "rapport de courbure") ainsi que par le rapport entre l'épaisseur de la paroi du tube et le diamètre extérieur de ce tube (rapport que l'on appellera par la suite rapport d'épaisseur"). Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, si le rapport d'épaisseur et le rapport de courbure sont tous deux relativement importants, la soudure est disposée de manière à s'étendre le long d'une courbe ayant ou une courbure aussi faible/aussi grande que possible et de manière qu'un angle d'environ 30 ou moins soit formé entre, d'une part, une droite passant par l'axe de la section courbée considérée et le centre de courbure de cette section et, d'autre part, une droite passant par l'axe de la section cour- bée considérée et la soudure. Par contre, si le rapport d'épais- seur et le rapport de courbure sont tous deux relativement faible, la soudure est disposée de manière à s'étendre le long d'une courbe ayant une courbure aussi faible que possi- ble et de manière qu'un angle-d'environ 45 ou moins soit lO formé entre, d'une part, une droite passant par l'axe de la section courbée considérée et le centre de courbure de cette section et, d'autres part,une droite passant par l'axe de la section courbée considérée et la soudure. On va décrire la présente invention de façon plus détaillée en se référant auxdessins annexés, sur lequels: la figure 1 montre la moitié gauche d'un stabili- sateur creux selon la présente invention; les figures 2(a), 2(b) et 2(c) montrent respec- tivement comment l'effort de flexion, l'effort de torsion et l'effort principal sont répartis dans la direction axiale du stabilisateur de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe du stabilisa- teur de la figure 1 par O-Z de cette figure; les figures 4(a), 4(b) et 4(c) montrent respec- tivement comment l'effort de flexion, l'effort de torsion et l'effort principal sont répartis dans la direction circon- férentielle du stabilisateur représenté sur la figure 3; la figure 5 est un graphique montrant la résis- tance à la fatigue d'un stabilisateur qui est formé par un tube sans soudure par rapport à celle d'un stabilisateur qui est formé par un tube soudé; et la figure 6 montre comment l'effort principal est réparti dans la direction circonférentielle du stabilisa- teur représenté sur la figure 3 lorsque le rapport d'épais- seur et le rapport de courbure du stabilisateur varient. Comme on peut le voir sur la figure l, un stabi- lisateur creux 1 selon la présente invention est formé par un tube métallique soudé et comprend une section de torsion 2, une paire de sections de bras 3 (dont une seule est repré- sentée) et une paire de sections courbées 4 (dont une seule est représentée) raccordant la section de torsion 2 aux sec- tions de bras 3. Pour utiliser le stabilisateur l, on accouple la section de torsion 2 à un châssis d'automobile (non repré- senté),par exemple, à l'aide d'un élément d'accouplement.5 et on accouple les parties d'extrémité libres ou parties d'accouplement 6 des sections de bras 3 à une suspension (non représentée) de roues. Sur la figure-l, une courbe X-X représente l'axe du stabilisateur 1, une droite Y-Y représente l'axe du châssis d'automobile, et 0 désigne le centre de courbure de la section courbée 4. Une droite A-A coupe l'axe XX de manière à définir le centre de la partie d'accouplement 6. Une droite 0-B désigne l'interface entre la section de bras 3 et la section courbée 4, et une droite 0-C désigne l'interface entre la section de torsion 2 et la section cour- bée 4. Une droite D-D coupe l'axe X-X de manière à désigner le centre de l'élément d'accouplement 5. Quand le stabilisateur ayant la structure men- tionnée ci-dessus est soumise à une charge, un effort de flexion 0B et un effort de torsion oT sont répartis le long de l'axe X-X comme illustré sur la figure 2(a) et 2(b), res- pectivement. De ce fait, un effort principal o0 composé de l'effort de flexion oB ete 'effort de torsion oT est réparti le long de l'axe X-X comme illustré sur la figure 2(c). L'effort maximal principal est exercé sur la partie de la section courbée 4 qui se trouve dans la plan 0-Z se trouvant lui-même quelque part entre les interfaces 0-B et 0-C. Dans leplan 0-Z, l'effort de flexion OB est réparti dans la direction circonférentielle du stabilisateur comme représenté sur la figure 4(a) et l'effort de torsion T est réparti dans la direction circonférentielle du sta- bilisateur comme représenté sur la figure 4(b). L'effort principal î est par conséquent exprimé par: C-B/2 (0+ + T2) îB/2 + (B%2/4 + T2)/2 désigne l'effort princi- pal appliqué à la partie du stabilisateur 1 qui est le siège d'un allongement, et îB/2 - (P/4 + gT2)1/2 désigne l'effort principal appliqué à la partie du stabilisateur 1 qui est com- primée.Par conséquent, l'effort principal î-est réparti dans la direction circonférentielle du stabilisateur 1 comme illus- tré sur la figure 4(c). Sur les figures 4(a) et 4(c), E et F désignent les points oh les efforts maximaux principaux sont appliqués aux parties de la section courbée 4 qui se trouvent dans 2eplanO-% (figure 1) et G et H désignent les points o les efforts maximaux principaux sont exercés sur les parties de la section courbée 4 qui se trouventdans le plan 0-Z. Les points Eet F se trouvent sur des courbes dont la courbure est égale à celle (l/Ro) de l'axe X-X, c'est-à-dire l'inverse du rayon R0 de l'axe XX. Le point G se trouve sur une courbe dont la courbure est la plus petite (1/R2), et le point H se trouve sur une courbe dont la courbure est la plus grande (l/R1). On s'est rendu compte, à la fois théoriquement et expérimen- talement, que l'effort principal est réparti dans la direction circonférentielle du stabilisataur 1 comme illustré sur la figure 4. Le stabilisateur selon la présente invention a été soumis à un essai de fatigue. Le résultat de l'essai a montré que les partie du stabilisateur quicorespondentau point E et F se fatiguaient le plus et que le stabilisateur se brisait - finalement à ces parties. En d'autres termes, un effort principal important s'exerce sur la section courbée 4. Dans la plan G-Z l'effort maximal s'exerce sur les points E et F qui se trouvent respec- tivement sur deux courbes dont la courbure est égale à celle de l'axe courbé X-X. A partir de ce fait, on suppose que dans n'importe quel plan perpendiculaire à l'axe X-X de la section courbée 4, l'effort principal maximal est appliqué aux points se trouvant sur deux courbes dont la courbure est presque égale à celle de l'axe X-X. En d'autres termes, l'effort maximal principal est appliqué aux parties de la section cour- bée 4 qui se trouventsur les courbes de plus grande courbure 2 4 72 1 1 4 et de plus petite courbure. La présente invention est basée sur les faits mentionnés ci-dessus. Elle consiste à positionner un tube sou- dé de manière que sa soudure 3a qui se fatigVeWUqe toute autre partie s'étendele long d'une courbe ayant sensiblement la plus grande courbure ou la plus petite courbure parmi toutes les courbes qui définissent la section courbée du tube. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la soudure 3a s'étend le long d'une courbe ayant la plus grande courbure. Cette disposi- tion étant prise, le tube soudé peut former un stabilisateur creux qui est aussi résistant à la fatigue qu'un stabilisateur creux formé par un tube sans soudure. La figure 5 montre la relation entre le nombre N de répétitions des essais de charge et l'effort maximal prin- cipal o, ce nombre étant porté sur l'axe horizontal et cet effort étant porté sur l'axe vertical. Un trait plein M repré- sente la caractéristique de fatigue d'un stabilisateur creux formé par un tube sans soudure en acier au manganèse (JIS Swmn443) ayant une épaisseur de paroi de 2,3 mm et un diamètre >0 extérieur de 17,3 mm. Les symboles "o" indiquent la caracté- ristiaue de fatigue d'un stabilisateur ereux formé par un tube soudé cn acier au manganèse (JIS SMn445),de même dimension, dont la soudure est disposée le long d'une courbe sur laquelle se trouve le point G et dont la courbure est la plus petite. Les symboles "A" indiquent la caractéristique de fatigue d'un stabilisateur creux formé par un tube soudé en acier au manga- nèse (JIS SMn443),de même dimension, dont la soudure est dis- posée le long d'une courbe sur laquelle se trouve le point E et dont la courbure est la même que celle de l'axe X-X de la section courbée. Comme le montre clairement la figure 5, le stabilisateur dont la soudure est disposée sur une courbe sur laquelle se trouve le point G est sensiblement aussi résistant à la fatigue que le stabilisateur formé par un tube sans sou- dure en même métal et de même dimension. Par contre, le stabi- lisateur dont la soudure est disposée sur une courbe sur laquelle se trouve le point E est de loin moins résistant à la fatigue que le stabilisateur formé par un tube sans soudure en même métal et de même dimension.. 24721 14 Dans le plan O-Z, l'effort principal se répartit d'une manière différente dans la direction circonférentielle du stabilisateur i en fonction du rapport d'épaisseur m(=t0/d), o to est l'épaisseur de paroi du stabilisateur 1 et d est le diamètre extérieur de ce stabilisateur, ou en fonction du rapport de courbure c(=R0/d) de la section courbée 4. Comme on peut le voir sur la figure 6, plus les rapports m et c sont faibles, plus la partie de la section 4 est près du point H qui est soumis à l'effort principal maximal. Ceci est évident si on compare les courbes el à Or4 représentées sur la figure 6. On a réalisé plusieurs stabilisateurs creux avec des tubes sans soudure ayant un diamètre extérieur d de 24 mm, une épaisseur de paroi t0 de 2 mm et, de ce fait un rapport d'épaisseur m de 0,083. On a soumis les stabilisateursà des essais de fatigue répétés. Lors des essais, on a constaté que l'effort principal maximal s'appliquait sur la partie de la section courbée qui était espacée du point E en direction du point H d'une distance angulaire d'environ 30 à 40 . On s'est également aperçu que plus le rapport de courbure c était fai- ble plus l'effort principal maximal était grand. Les essais de fatigue prouvent que si un stabili- sateur creux est formé par un tube soudé ayant un rapport d'épaisseur m et un rapport de courbure c tous deux relative- ment faibles, il vaut mieux placer la soudure du tube au point G ou près de ce point. En d'autres termes, il faut que la soudure s'étende le long d'une courbe présentant la plus petite courbure possible. De façon plus spécifique, comme on peut le voir sur la figure 3, il est souhaitable que la sou- dure soit disposée au point G ou soit espacée du point G d'une distance angulaire de a/2,voire moins, a étant d'environ 900. Par contre, si un stabilisateur creux est constitué par un tube soudé ayant un rapport d'épaisseur m et un rapport de courbure c to /uhlativement importants, il est souhaita- ble que la soudure soit disposée au point G ou H ou bien soit espacé du point G ou H d'une distance angulaire de P/2, étant d'environ 60 C. Par conséquent conformément à la présente inven- tion, dans le cas o le stabilisateur 1 présente un rapport d'épaisseur m et un rapport de courbure c tous deux relative- ment faibles, on positionne la soudure de manière qu'elle s'étende le long d'une courbe ayant une courbure aussi petite ou aussi grande que possible et de manière qu'un angle d'en- viron 30 ou moins soit formé entre une droite passant par l'axe X-X et le centre E et une droite passant par l'axe X-X et la soudure. Par contre, dans le cas o le stabilisateur 1 présente un rapport m et un rapport c tous deux relative- ment faibles, on positionne la soudure de manière qu'elle s'étende le long d'une courbe ayant une courbure aussi fai- ble que possible et de manière qu'un angle d'environ 450 ou moins soit formé entre une droite passant par l'axe X-X et le centre 0 et une droite passant par l'axe X-X et la soudure. Ainsi positionnée, la soudure n'est pas soumise à l'effort principal plus grand qui, par contre, s'applique sur les autres parties plus résistantes à la fatigue. Bien qu'il soit formé par un tube soudé, le stabilisateur creux selon la présente invention est sensiblement aussi résistant à la fatigue, et de ce fait aussi fiable, qu'un stabilisateur creux formé par un tube sans soudure et par rapport auquel il est moins coûteux. Il est bien entendu que la description qui pré- cède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Stabilisateur creux pour véhicule formé par un tube métallique comprenant une section de torsion destinée à être accouplée à un châssis, une paire de sections de bras destinées à être accouplées à une suspension de roues et une paire de sections courbées raccordant chacune la section de torsion et la section droite correspondante, le stabilisateur susvisé étant caractérisé par le fait que ledit tube métalli- que est un tube soudé et que la soudure (3a) de chaque section courbée (4) est placée dans une position qui est déterminée par le rapport entre l'épaisseur de la paroi du tube et le diamètre extérieur de ce tube ainsi que par le rapport entre le rayon de courbure de la section courbée et le diamètre extérieur de cette section. 2. Stabilisateur creux suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que si les deux rapports ont une valeur relativement importante, la soudure (3a) de chaque sec- tion courbée (4) est disposée de manière à s'étendre le long d'une courbe ayant une courbure aussi faible ou- aussi grande que possible et de manière qu'un angle d'environ 30 au plus soit formé entre, d'une part, une droite passant par l'axe (X-X) de la section courbée (4) et le centre (O) de courbure de cette section et, d'autre part, une droite passant par l'axe (X-X) de la section courbée (4) et la soudure de cette section. -25 3. Stabilisateur creux suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que si les deux rapports sont rela- tivement faibles, la soudure de chaque section courbée (4) est disposée de manière à s'étendre le long d'une courbe ayant une courbure aussi faible que possible et de manière d'une angle d'environ 45 au plus soit formé entred'une part, une droite passant par l'axe (X-X) de la section courbée (4) et le centre (O) de courbure de cette section et, d'autre part, une droite passant par l'axe (X-X) de la section courbée (4) et la soudure de cette section.