Brevet FR2461849A1 — publié le 19810206

?461849 La présente invention se rapporte à un dispositif à ressorts hélicoïdaux comportant deux ressorts disposés coaxia- lement et présentant chacun des spires de section à géométrie déterminée. Des dispositifs de ce type sont connus, par exemple, par le Lexique de la Technique" de Lueger: Bases de la cons- truction de machines, volume 1, 1960, page 482, colonne de gauche. Il est, en outre, connu d'assembler des ressorts à disque, appelés "rondelles Belleville", pour former des pa- quets. La présente invention a pour objet de donner à des ressorts hélicotdaux,dont les spires présentent le plus sou- vent une section circulaire, la forme qui est typique pour les rondelles Belleville. Un jeu de ressorts ainsi obtenu est alors vissé dans un autre jeu. Le dispositif obtenu de cette manière présente alors les propriétés suivantes: 1. Contrairement aux jeux de rondelles Belleville habituels il n'est plus nécessaire de prévoir des éléments de Suidage ni extérieurement ni intérieurement. L'économie de 1'é- lément de guidage permet également d'éviter les effets défavo- rables provoqués par la friction se produisant entre le ressort et l'élément de guidage. Il est évident qu'un élément de guida- ge est nécessaire lorsqu'un ressort travaille à la limite de flambages, 2. Le dispositif élastique peut absorber non seule- ment des mouvements purement axiaux mais également de légères déviations latérales. 3. Contrairement aux jeux de rondelles Belleville, le dispositif suivant l'invention peut également être utilisé dans des cas o les mouvements ne sont pas linéaires parce que ce dispositif à ressorts hélicoïdaux permet aussi des mouvements en forme d'accordéon, 4. La caractéristique des rondelles Belleville ainsi que celle de jeux de rondelles Belleville est dégressive et fortement incurvée. Dans le dispositif suivant l'invention, la caractéristique est cependant sensiblement linéaire et ne cor- respond à la caractéristique des rondelles Belleville qu'à l'état 2 2461849 fortement comprimé. 5. on peut donner aux jeux de ressorts une caractéris- tique élastique relativement souple sans que les spires s'af- faissent complètement puis s'inversent comme cela peut se pro- duire avec des rondelles Belleville en raison de la caracté- ritique fortement dégressive de ces dernières. 6. Il est également possible de réaliser les jeux de ressorts en matière synthétique de fait que cette matière pré- sente un faible module élastique. 7. En conséquence le fabricant des ressorts peut monter d'avance une colonne en évitant ainsi l'assemblage et le montage, par l'utilisateur, rondelle par rondelle, sur un élément ou un fourreau de guidage. 8. Les extrémités de la colonne peuvent être munies de dispositifs de fixation ce qui permet d'utiliser la colonne en tant que ressort de traction ce qui est inhabituel pour des rondelles Belleville. Le nouveau dispositif suivant l'invention est carac- térisé en ce que: a) le diamètre intérieur et le diamètre extérieur sont sensiblement parallèles, b) les jeux de ressortsvissés les uns dans les autres, s'appliquent, les uns contre les autres, dans la zone des dia- mètres intérieur et extérieur et dans une zone d'application hélicoïdale, c) la section transversale des spires correspond à celle d'une rondelle Belleville et le cintrage est également identique à celle d'une rondelle Belleville, les spires de l'un des jeux de ressorts étant cintrées dans un sens et les spires de l'autre jeu de ressorts dans le sens opposé. Les rondelles Belleville sont obtenues par emboutis- sage à partir de rouleau de feuillard ce qui a pour conséquence une perte de matière pouvant atteindre 50 %. Les fibres du feuillard en rouleau s'étendent toujours dans le sens longitu- dinal, c'est pourquoi les fibres des rondelles Belleville pré- sentent les directions six et douze heures. De ce fait, les rondelles Belleville se brisent plus facilement à ces endroits qu'aux directions trois et neuf heures. Selon une caractéristique de l'invention, les spires sont obtenues en enroulant une matière plate, Ce procédé permet de réaliser une économie de matière d'environ 50 % et l'étendue des fibres est toujours perpendiculaire à la direction de rupture, c'est-à-dire parallèle à la direction de la sollici- tation en flexion. Il n'y a également plus de découpage, ce qui supprime les points de choc dans la structure qui sont inévi- tables lors de l'emboutissage et du découpage. En outres il n'est plus nécessaire de procéder à des rectifications afin d'élimi- ner la structure détériorée du métal, opérations indispensables pour obtenir des rondelles Belleville de bonne qualité. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les jeux de ressorts sont vissés les uns dans les autres sous une tension initiale. On obtient ainsi un allongement du ressort, allongement qui croît proportionnellement à la tension initiale. Lorsque le dispositif à ressorts s'allonge de X mm, ceci cor- respond à une force élastique de y kg. Ceci signifie que les jeux de ressorts ne se trouvent à leur état détendu que sous une charge de y kg. Lors de la sollicitation des jeux de res- sorts, on gagne cette force ce qui permet également de calculer les ressorts pour une force plus faible. Dans le cas o on con- naît l'amplitude de déformation produite par cette force, il est avantageux de choisir une tension initiale correspondant à la moitié de cette amplitude. Grâce à ces caractéristiques, on empêche les ressorts de se dévisser lors du transport. Selon une autre caractéristique de l'invention, chacun des jeux de ressorts est divisé en deux jeux individuels qui sont en contact l'un avec l'autre le long de l'étendue en lar- geur d'une spire. on obtient ainsi un dispositif présentant un amortissement important. La réalisation du dispositif en utilisant la mgine matière que celle habituellement employée, pour la fabrication de rondelles Belleville, permet de retrouver également les ca- ractéristiques connues de ces dernières. Lorsau'on fabrique les dispositifs suivant l'invention en une matière synthétique, on obtient un ressort de type nou- veau. 2 2461849 Selon une dernière caractéristique de l'invention, la matière plate présente déjà la forme des zones de contact ou d'application. En conséquence les endroits de contact peuvent déjà, avant l'enroulement, être réalisés pour présenter la for- me d'application, par exemple une forme cyclo de ou analogue. Cette forme peut être obtenue, par exemple, par laminage, ce qui crée un durcissement avantageux de la matière dans la zone d'application. Diverses autres caractéristiques de l'invention res- sortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux des- sins annexés. La fig. 1 est une perspective, partiellement en coupe, d'un jeu de ressorts individuel. La fig. 2 est une perspective, partiellement en coupe, de deux jeux de ressorts vissés l'un dans l'autre. La fig. 3 est une vue de dessus de la fig. 2 suivant la flèche A. La fig. 4 montreune coupe transversale d'une spire à section rectangulaire, La fig. 5 est une coupe transversale d'une spire à section trapézoïdale. La fig. 6 montre en coupe transversale une spire dont la section s'élargit en cône vers l'extérieur. La fig. 7 est une coupe transversale d'une spire dont la section s'élargit en cône vers l'intérieur. La fig. 8 montre, en coupe transversale, une spire dont les zones extérieures présentent une forme semi-circulaire mais dont les surfaces sont parallèles. La fig. 9 est une coupe transversale d'une spire dont les zones d'application présentent la forme d'un quart de cer- cle. La fig. 10 représente, sous forme de diagrammes, là force par rapport à la course élastique d'une rondelle Belleville ainsi que d'un dispositif suivant l'invention. La fig. l1 montre, en coupe transversale, une spire subdivisée. 2 2461849 La fig. 12 est une coupe analogue à celle de la fig. 9 mais les zones d'application de la spire sont plânes. Le premier jeu de ressorts 11 comporte des spires 12 dont la section 13 est rectangulaire. La largeur est de 25 mm (échelle 1 1), tandis que l'épaisseur est de 3 mm. En consé- quence le rapport est à peu près 8: 1o Le diamètre intérieur eçt de 52 mm et le diamètre extérieur de 102 mm. A l'état non chargé, le jeu de ressorts présente une longueur L0 d'environ mm. La matière est la même que celle utilisée pour la fabri- cation des rondelles Belleville et le traitement de la matière est également identique. Comme le montre la figure, chacune des spires présente l'aspect d'une rondelle Belleville, qui est cou- pée radialement et cintrée de façon que l'un des bords de la coupe soit maintenu à peu près à six heure et que l'autre bord de la coupe soit légèrement poussé vers le bas (également à six heures), cette "poussée vers le bas" déterminant le pas. Cette spire est suivie par une autre constituant également une ron- delle Belleville et formant une seule pièce avec la première spire. Il est évident que le jeu de ressorts-n'est pas fabriqué de cette façon. on part, par exemple, d'une pièce pleine, et on perced'abord coaxialement par rapport à l'axe géométrique lon- gitunal 14, un trou qui correspond au diamètre intérieur. Di et ensuite on pratique avec un outil une plongée radiale sous un angle So. La largeur de la plongée, c'est-à-dire la quanti- té de matière enlevéedéterminé l'épaisseur d'une spire 12. Il est également possible d'enrouler les spires 12 à chaud en créant en même temps le pas. Dans ce cas, il faut d'abord cintrer la matière plate plane afin d'obtenir ensuite, pour le jeu de ressorts terminé, l'inclinaison typique des spi- res. A la fig. 2, le jeu de ressorts il est assemblé avec un jeu de ressorts 16 qui est d'une conception identique. Ce- pendant le jeu de ressorts 16 est tourné de 1800 autour de l'axe longitudinal 14 par rapport au jeu de ressorts1l et est ensuite vissé dans ce dernier, soit depuis le haut, soit depuis le bas. Il est évident qu'un assemblage de jeux de ressortsiden- tiques n'est possible que lorsque la vis ainsi créée présente la forme d'un cylindre de diamètre circulaire. Dans le cas o le ressort hélicoïdal se rétrécit en cône vers le haut ou vers le bas, il est nécessaire de fabriquer des jeux de ressortsdifférents dont la section de l'un présente une inclinaison dans un sens tandis que l'inclinaison de la section de l'autre jeu présente un sens opposé. Cet exemple montre que le ressort hélicoïdal peut égale- ment présenter une forme différente de celle illustrée par les dessins: il peut être coupé dans la zone médiane, il peut présen- ter une forme conique mais définie,etc. Lors de la réalisation d'un jeu de ressorts au moyen d'un procédé à enlèvement de copeaux, on peut également modifier la section en pratiquant des plongées plus ou moins larges. Il est, par exemple, possible de prévoir dans la partie supérieure du ressort hélicoïdal des sections plus faiblesique dans la partie inférieure. De même, on peut prévoir, par exemple, exclusivement dans la partie médiane, des sections plus faibles. Ces modifica- tions de section peuvent être calculées pour répondre à des cas d'utilisation spécifiques du ressort. on peut, en outre, également réaliser un ressort héli- coidal dont le diamètre intérieur n'est pas constant et est, par exemple,situé sur les génératrices d'un c8ne. Le diamètre inté- rieur peut aussi présenter une forme biconique, le plus petit diamètre peut se trouver à mi-hauteur du ressort. Ces mêmes formes de réalisation peuvent également être obtenues lorsque les spires sont réalisées par cintrage. Dans ce cas, il est nécessaire de découper la matière plate de façon qu'elle présente la largeur et l'épaisseur appropriées, ces deux critères étant fonction des caractéristiques du ressort à réali- ser. Le secteur 17 en forme de cone représenté à la fig. 3 comporte la surface rectifiée habituelle pour des ressorts hélicoïdaux. En supposant que la fig. 4 représente la coupe trans- versale du jeu de ressorts 16 de la fig. 2, on trouve deux zones d'application 18, 19. Ces zones sont situées sur une spire par laquelle le jeu de ressorts 16 prend appui sur le jeu de ressorts 11. En conséquence, les surfaces de coupe sont prati- quement en contact. Ce contact subsiste également lorsque le 24 6 18 49 ressort hélicoïdal assemblé est rectifié intérieurement et ex- térieurement de façon que la surface extérieure et la surface intérieure du ressort hélicoïdal forment des cylindres à sec- tion circulaire. De cette manière, il aurait été possible d'obtenir la section transversale de la fig. 5 o les zones d'application 21, 22 forment des tranchants plus prononcés qu'à la fig. 4. La fig. 6 montre que la section peut également augmen- ter vers l'extérieur à la manière d'un coin. Dans l'exemple de réalisation suivant la fig. 7, la sec- tion augmente, à la manière d'un coin, vers l'intérieur. Les zones d'application 23, 24 de l'exemple de réalisation représenté à la fig. 8 constituent une partie d'un arrondi semi- circulaire. Dans ce cas, il n'y a plus de contact par des tran- chants mais un contact superficiel. La forme semi-circulaire a été choisie à titre d'exemple mais il est également possible d'utiliser d'autres coupes coniques telles que des coupes ellip- tiques ou paraboliques. Dans l'exemple de réalisation suivant la fig. 9 la sec- tion n'a été rectifiée qu'aux zones d'application 26, 27, c'est- à-dire là o les spires doivent présenter une caractéristique développante, le contour restant n'étant pas rectifié. En fonction de chaque cas d'utilisation spécifique, on décide si le ressort hélicoïdal doit travailler sous une certaine friction ou non. Les exemples de réalisations montrent que ce choix est possible. On peut également réaliser des ressorts hélicoïdaux dont la friction ou le frottement augmente en fonction de leur com- pression, le contraire est également possible. Il ressort, en outre, des fig. 4 à 9 que la matière plate utilisée pour des ressorts hélicoïdaux réalisés par enrou- lement peut déjà présenter la section illustrée par ces dessins. Au diagramme de la fig. 10 l'abscisse représente la cour- se élastique s en mm et l'ordonnée la force élastique F en kg. La courbe en trait interrompu est la caractéristique d'une colon- ne constituée par un assemblage de rondelles Belleville réali- sées dans la même matière que le ressort hélicoïdal suivant la fig. 2. Dans les deux cas, la matière est du 50 Or V 4. Le ressort hélicoïdal présente une longueur de 75,5 mm et le paquet de rondelles Belleville une longueur de 69,6 mm. La section transversale des différentes rondelles Belleville correspond à peu près à celle des spires du ressort hélicoïdal. Ceci est éga- lement valable en ce qui concerne les diamètres extérieur- et in- térieur-. La courbe en trait interrompu ne représente que le com- portement du paquet de rondelles Belleville à la compression, le comportement à l'extension n'étant pas illustré. Les courbes en trait plein sont celles d'un prototype suivant l'invention. on peut reconnaître que le ressort hélicot- dal suivant l'invention présente un comportement pratiquement linéaire dans une zone large. La surface entre la caractéristique de la compression et celle de l'extension représente les pertes. Par rapport à un paquet de rondelles Belleville ces pertes sont importantes, cependant, on doit tenir compte que le diagramme se rapporte à un prototype tandis que celui du paquet de rondel- les Belleville concerne une réalisation parfaitement au point. A ce sujet, il est à noter qu'une grande surface d'hys- térésis est toutefois souvent désirable pour certains cas d'uti- lisation. La fig. il montre comment il est possible d'augmenter encore davantage ces pertes d'hystérésis en divisant la section en deux sections partielles 28, 29. Ce résultat est obtenu en réalisant un jeu de ressorts constitué par un assemblage de deux jeux partiels. Dans ce cas, il se produit une friction importan- te le long de la surface 31. - Suivant la fig. 12, les zones d'application 32, 53 sont constituées par des surfaces qui sont perpendiculaires par rapport à l'axe longitudinal du ressort lorsque celui-ci se trouve à l'état de repos. Ces surfaces planes et perpendiculaires à l'axe bngitudinal présentent l'avantage qu'elles permettent de déterminer avec précision la ligne de basculement spiroidale au- tour de laquelle basculent les surfaces lors de la plus faible compression du ressort. Ainsi, les calculs se trouvent facilités par rapport à ceux nécessaires pour déterminer les caractéristi- ques d'un ressort présentant, par exemple, des zones d'applica- tion arrondies et dans lequel la ligne de contact se déplace en fonction de la compression. REVENDICATIONS 1 - Dispositif à ressorts hélicoïdaux comportant deux ressorts disposés coaxialement dont les spires pré- sentent sensiblement les mêmes diamètres intérieur et exté- rieur, caractérisé en ce que la section transversale d'une spire (12) correspond à celle d'une rondelle Belleville, les spires (12) de l'un des jeuxm de ressorts (11) étant cintrées dans un sens et les spires (12) de l'autre jeu de ressorts (16) dans le sens opposé et en ce que les spires (12) des deux jeux de ressorts (11, 16) vissés l'un dans l'autre, s'appliquent, les unes sur les autres, suivant une ligne hélicoïdale dans les zones du diamètre extérieur et du diamètre intérieur (Di). 2 - Dispositif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que les spires sont obtenues en enroulant une matière plate. 3 - Dispositif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que les jeux de ressorts sont vissés les uns dans les autres sous une tension initiale. 4 - Dispositif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que chacun des jeux de ressorts est divisé en deux jeux individuels qui sont en contact l'un avec l'autre le long de l'étendue en largeur d'une spire. - Dispositif suivent la revendication 1, carac- térisé en ce que le ressort est réalisé dans la même matière que des rondelles Belleville. 6 - Dispositif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que le ressort est en matière synthétique. 7 - Dispositif suivant la revendication 2, carac- térisé en ce que la matière plate présente déjà la forme des zones de contact ou d'application.