Brevet FR2476538A1 — publié le 19810828

Perfectionnements aux dispositifs en élastomère de forme conique ou analogue, pour relier des pièces ou ensembles en mouvement relatif. L'invention est relative aux dispositifs établis essentiellement en élastomère, de forme conique ou analogue (ne- tamment à génératrice incurvée, par exemple hyperbolique ou autre) , destinés à relier au moins deux pièces ou ensembles en déplacement relatif. Il s'agira notamment des joints à interposer entre un arbre ou autre surface plane ou autre en déplacement relatif par rapport à un support, plus spécialement pour assurer une étanchéité, Mais l'invention ne se limite nullement à cette application et pourrait concerner, notamment, des supports à intercaler, dans un but d'a mortissement ou autre, entre deux ensembles, notamment supportés l'un par l'autre. Elle a pour but, notamment, de faciliter les conditions opératoires, et notamment le montage des dispositifs en question. Elle consiste, principalement, à constituer essentiel lement, ces dispositifs, par au moins un ressort en hélice servant au moins partiellement d'armature à l'élastomère qui l'enrobe. Un dispositif de ce genre possède, grâce à la présence du ressort, des propriétés de déformation élastique dans divers sens, notamment dans chaque plan radial, propriétés que l'on peut mettre à profit, d'une part, pour assurer le montage du dispositif dans son support, en particulier par compression radiale en vue de sa mise en place dans des loge ment s appropriés et, d'autre part, notamment dans 1 'a ppl ica tion aux joints d'étanchéité, pour mieux maintenir la pression de contact avec la surface mobile pour laquelle doit être réalisée l'étanchéité. Mais les dispositifs conformes à l'invention agissent aussi par leurs possibilités de flexion et de flambage, pcssibilités que l'on peut mettre à profit, en particulier, dans des applications à des supports destinés à être interposés entre deux pistes ou ensembles mobiles l'un par rapport à l'autre (1 n servant par exemple de base et de support à l-'autre). On peut notamment, en définissant convenablement les caractéristiques de ces dispositifs tels que les diamètres et pas du ressort, angle du cène, épaisseur du caoutchouc, etc., réaliser une rigidité susceptible d'être convenablement réglée.C'est ainsi que, dans certaI- nes desdites applications, telles que suspensions de machi- nes tournantes ou d'appareillages notamment à bord d'avions ou d'autres engins, on pourrait réaliser une rigidité faible pour une certaine gamme d'efforts variables appliqués à l'un desdits ensembles, de part et d'autre d'un effort normal déterminé. L'invention consiste, mises à part ces dispositions, en certaines autres qui s'utilisent de préférence en même temps et qui apparaitront de façon plus détaillée dans la description ci-après. Elle vise plus particulièrement certains modes d ' ap- plications ainsi que certaines modes de réalisation desdites dispositi-ns : et elle vise plus particulioronent enc3- r e, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les dispositifs du genre en question comportant application de ces dispositions, ainsi que les éléments spéciaux propres à leur établissement et les ensembles les comprenant. Elle pourra, de toute façon être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. La figure 1 de ces dessins montre schématiquement en coupe axiale partielle un joint pour arbre tournant, établi conformément à l'invention; les figures 2 et 3 illustrent semblablement et partiellement d'autres modes de réalisation; la figure 4 illustre en coupe le moulage d'un dispositif conforme à l'invention; les figures 5 vas10 montrent semblablement, en coupe axiale partielle, des dispositifs du genre de ceux des figures 1 à 3, selon d'autres variantes de 1' invention la figure 11 illustre en coupe axiale un dispositif conforme à l'invention interposé, notamment comme amortisseur, entre deux parties d'un ensemble, mobiles l'une par rapport à i'a;trei la figure 12 est une courbe de flexibilité illus trant le fonctionnemert du dispositif de la figure 11. Selon l'invention, et plus spécialement selon ceux de ses modes d'application, ainsi que ceux des modes de réalisation, de ses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence. se proposant, par exemple, tout d'abord, d'obtenir des joints élastiques en élastomère, notamment pour surfaces tournantes, on s'y prend comme suit ou de façon analogue. On a représenté sur la figure 1 un joint de ce genre établi selon l'un des modes de réalisation possibles, de l'invention. Un tel joint comporte essentiellement, selon une réa lisation classique, un élément d'élastomère 1, à monter autour d'un arbre 2 porté par un palier 3 ou tout support y assimilable, cet élément ayant substantiellement la forme d'un corps creux de révolution,autour d'un axe X-X, engendré par une droite ou par une courbe, notamment en forme de parabole ou d'hyperbole, et d'épaisseur convenable. On sait qu'un tel joint doit, en principe, d'une part, être fixé à une extrémité. par exemple par sa grande base en 4, au support 3, et, d'autre part, venir porter par son autre extrémité, par exemple par sa petite base en 5, contre l'arbre ou autre surface tournante ou coulissante, notamment un arbre 2 établi suivant l'axe X-X, pour assurer l'étanchéité. Dans les solutions classiquesJla fixation en 4 est assurée par une armature faisant corps avec l'élastomère et fixée sur le support ou palier 3, tandis que la force tendant à maintenir le contact avec l'arbre 2 en 5 est assurée le plus souvent par un ressort à boudin monté extév rieurement autour de l'extrémité, convenablement formée, du corps creux 1. On prévoit, conformément à l'invention, l'insertion préalable dans le corps d'élastomère 1, d'une armature s'é- tendant de préférence tout le long-dudit corps, et constituée par au moins un ressort en hélice 6, qui se trouve donc, après moulage et vulcanisation, enrobé dans l'élastomère. La présence de ce ressort 6 assure à l'ensemble une bonne déformabilité élastique dans les divers sens, tant axial que transversal, c' est-à-dire radial. Les possibilités de déformation élastique radiale sont mises à profit dans le cas d'un arbre tel que 2 - d'une part, pour assurer aisément la mise en place du joint dans son support 3, - et d'autre part, pour maintenir le contact élastique en 5 sur la surface tournante, par exemple l'arbre 2. La mise en place pourra se faire par exemple en prévoyant dans le support 3 un logement 7 (figures 1 et 2), dans lequel on pourra venir introduire un bourrelet de forme convenable 8 ménagé à la base correspondante du joint 1. Ce logement 7 peut par exemple se présenter au fond d'une cavité correspondante du support 3 (figure 1) ou simplement consister en une rainure (figure 2) ménagée sur une face interne 9 du support 3 (rainure analogue à celles destinées à recevoir par exemple dans la pratique courante des bagues de fixation ou circlips). Pour ladite mise en place, il suffira donc de prendre le joint, d'exercer sur la base considérée v ici la grande base - un serrage tendant à diminuer son diamètre, pour l'adapter à celui de l'ouverture correspondante 9 du support 3, puis de l'introduire jusqu'à ce que le bourrelet B arrive au logement 7 et y pénètre. Il y demeure alors du fait de la décompression partielle dudit bourrelet et de la réaction importante qui continue à s' exercer sur les surfaces en regard, par la présence du ressort. Quant au maintien du contact entre l'extrémité 5 et l'arbre 2 ou autre, il a lieu du fait que diamètre de la lèvre de contact 10, attenante à cette base 5, est fait, lors du moulage, convenablement inférieur à celui de l'arbre 2, la mise en place de celui-ci ayant donc pour effet de tendre le dispositif 1 vers l'extérieur et de maintenir cette tension sous l'effet du ressort 6. Il est entendu d'ailleurs que, dans ce qui précède et dans ce qui va suivre, les fonctions de la grande base et de la petite base peuvent être inversées, et qu'en outre, le contact des lèvres d'étanchéité peut se faire non seulement sur des arbres ou autres surfaces cylindriques, mais également sur des surfaces planes ou autres en rotation ou coulissantes. C'est ainsi qu'à titre d'exemple, la figure 3, qui a été divisée en deux parties A et B, montre, dans la partie A, l'étanchéité obtenue entre une surface plane rotative ou coulissante Il sur laquelle appuie une lèvre 12 prévue sur la grande base du dispositif 1, tandis que la partie B montre le contact avec une surface plane rotative ou coulissante 1 3, d 'une lèvre 1 4 sur la petite base, les deux solutions pouvant éventuellement coexister dans un même ensemble. Dans cette application (figure 3), c'est-à-dire à des ensembles pour lesquels 1' étanchéité est réalisée sur des surfaces se présentant radialement par rapport à l'axe X-X du dispositif conforme à l'invention, la pression de contact p, sur la surface à étancher, au lieu de se présenter dans le sens radial comme sur les figures 1 et 2 (auquel cas, comme on l'a dit, elle est engendrée principalement par les possibilités de déformation élastique radiale du corps 1 armature par le ressort 6), est ici principalement engendrée par les possibilités de déformation élastique dudit corps suivant le sens de son axe y-X et disposée parallèlement à cet axe, lesdites possibilités étant dues principalement à la déformabilité du ressort 6 suivant ledit axe et aussi au lambage des portions d'élastomère séparant les spires dudit ressort il doit être entendu aussi que, à partir des exemples décrits, on peut imaginer toutes autres applications, dans lesquelles notamment les éléments mobiles pourront être rendus fixes et inversement, l'invention s'appliquant évi demment à des joints mobiles. L' invention s'appliquerait donc également à des joints tournant s, en profitant du fait que la présence du ressort comme armature tendra à s'opposer aux efforts de la force centrifuge. En ce qui concerne la fabrication par moulage des joints conformes à l'invention, on pourra utiliser tous pro - cédés connus, Sur la figure 4, on a illustré un mode de réalisation qui permet d'obtenir aisément plusieurs modes de réalisatIon à partir d'un même élément de base dont on modifie, après moulage les extrémités par une simple opération de tranchage ou de rEctification, en fonction du mode de fonctionnement choisi. On voit sur cette figure 4 que dans un moule appro prié en au moins deux parties, schématisé seulement par une section selon selon un contour a,b,c,d,e,f,g,h, délimitant le volume à remplir par l'élastomère, on réalise par moulage, après mise en place du ressort 6, un corps de révolution en élastomère comprenant essentiellement le corps proprement dit 1, et, à ses extrémités, deux bases aplaties 15 et 16, à partir desquelles, après démoulage, on pourra réaliser par tranchage ou rectification, selon le cas,et des profils appropriés tels que ceux représentés en poin tillés an 17 et 18, soit des bourrelets de fixation tels que ceux des figures 1 et 2, soit des lèvres d'étanchéité, telles que 10, 12, 14 (figures 1 à 3) suivant l'epplica- tion prévue. Il conviendra, lors de l'opération de moulage de l'élastomère dans un moule tel que celui de la figure 4, de prévoir des moyens pour soutenir provisoirement le res sort 6 pendant ledit moulage, afin d'éviter sa déformation sous l'effet de la pression ou pour d'autres raisons. Ces moyens peuvent être constitués par exemple en de petits éléments de soutien répartis sur la surface en regard d'une des faces du moule (par exemple celle représentée en e,f,;g,h, sur la figure 41. Ces éléments de support du ressort sortiront automatiquement après moulage en étant entrainés par le moule lors de l'ouverture de celui-ci et/ou laisseront dans la pièce moulée de petits espaces vides qui ne seront pas gênants. Tous,autres moyens pour ront être prévus dans le même but. Les ressorts tels que 6 pourront être de section serrée, rectangulaire, circulaire, elliptique ou autre ils pourront être soumis, pendant le moulage de 1 'élasto- mère, à une tension ou une compression. Il peuvent être en acier ou en d'autres matériaux à conductibilité ther mique élevée. Mais ils pourraient etre aussi en matière plastique, par exemple polyamide ou polyimide. L'épaisseur de l'élastomère de la membrane 1 peut être soit sensiblement constante, comme représenté, soit variable entre les deux bases, selon toute loi appropriée. Les figures 5 à 10 illustrent quelques modes de réalisation particuliers. La figure 5 illustre une fixation par ergot 23 sur le support tel que 3 figure 1. La figure 6 illustre le cas de joints à double étanchéité, comprenant deux cènes 1 opposés l'un à l'autre, se réunis sa n t par leur grande base, où se trouve par ex em- ple le bourrelet 8 de fixation sur le support 3. On pourrait semblablement établir deux cônes se réunissant par leurs petites bases, avec deux lèvres d'étanchéité respectivement sur les grandes bases. La figure 7 montre qu'éventuellement le ressort hé licoldal 6 pourrait ne pas être continu, mais être limité en deux éléments respectivement à proximité de la petite base et de la grande base du cène. Il est à noter aussi que, dans les divers modes de réalisation, on pourrait utiliser, à la place d'un seul ressort, deux ressorts ou davantage convenablement combinés, de même diamètre ou de diamètres différents. La figure 8 montre, dans l'application à l'étanchéité contre une surface plane mobile telle que 11 (cas de la figure 3A ou 38), l'utilisation pour l'étanchéité, d'un grain de frottement, tel que 19 convenablement supporté par la base correspondante du joint, ici la petite base. A titre de variante, on a supposé, sur cette figure, que la grande base venait se loger, ici, dans un logement 7 du support 3, 1' ex- trémité 81de ladite base étant de forme appropriée à ce lo- gement.Dans ce cas également, ce sont les forces d'exten- sion ou de compressio-n, des bases du joint, qui assurent le montage, tant du grain 19 dans ledit joint, que de ce dernier dans le logement 7 La figure 9 montre que le joint conforme à l'invention peut aussi comporter éventuellement une armature 20 comme ]es joints connus, voire également un ressort extérieur tel qu'indiqué en pointillé en 21 Enfin, la figure 10 montre que les joints en question peuvent comporter des lèvres multiples telles que 101 102 10 , par exemple deux de ces lèvres 101 102 coopérant avec une surface plane mobile telle que 11, tandis qu'une autre 103 est supposée coopérer avec la face inclinée 22 d'un arbre 2. Dans ce qui précède, on a envisagé l'application à des joints destinés plus spécialement à assurer une étanchéité vis-à-vis de surfaces en déplacement relatif. Mais on peut imaginer toutes autres applications pour lesquelles les dispositifs conformes à l'invention sont interposés entre au moins deux éléments d'un ensemble, élé ment s dont l'un est susceptible de subir certains déplacements, notamment sous l'effet de vibrations ou -autres forces alternatives, par rapport à l'autre, en particulier de réaliser un amortissement. C'est ainsi qu'on a prévu sur la figure 11, pour fixer les idées, l'insertion d'un dispositif conforme à l'inven- tion, d'axe X-X, entre deux corps C1 et C2, dont l'un C1 est par exemple fixe tandis que l'autre, par exemple encore supporté par le premier avec insertion dudit dispositif, est soumis à des forces F suivant l'axe X-X de ce dernier et éventuellement à des forces latérales F1). 1 Ici également, les extrémités 4 et 5 du dispositif seront fixées dans des logements appropriés 7 et 71 res pectivement prévus sur les deux corps C1 et C2 (dans ce dernier, avec insertion par exemple d'une sorte de cale 23). Grâce à un tel dispositif, on aura la possibilité, par un choix particulier du module et de l'épaisseur de llélastomère variable ou non, ainsi que des caractéristi ques du ou des ressorts, tels que diamètre, pas variable ou non, angle du cône, etc., d'obtenir une courbe de fle xibilité à rigidité très faible pour des variations de la charge à supporter, autour d'une valeur nominale F à sup porter. Cette courbe peut s'obtenir grâce au choix des caractéristiques et à la possibilité de flambage de l'é lastomère entre les spirales du ressort. Le double travail de flexion et de flambage permet par exemple de réaliser une courbe telle que celle de la figure 12, où l'on a porté en abscisses les flèches f du support élastique et en ordonnées les charges F, la zone utile étant la zone a b, correspondant à la portion de courbe entre a1 et b1. Ces conditions peuvent être réalisées en classant de façon convenable les divers facteurs. Avantageusement, l'épaisseur e de la membrane, au moins entre les spires du ressort 6, sera choisie de l'ordre de grandeur du diamètre dudit ressort, l'enrobage donnant lieu, comme visi- ble sur la figure 11, à une surface intérieure ondulée. Voici un exemple expérimental correspondant à une charge M dont la valeur moyenne F est de l'ordre de 10kg - Diamètre Dî à la grande base de l'amortisseur : 52,0 mm - Diamètre D2 à la petite base de l'amortisseur : 22,5 mm - Angle A du cène : 400 - Distance entre les spires du ressort : 5,5 mm - Epaisseur de la membrane 1 : du même ordre de grandeur que le diamètre des spires du ressort. - Oureté du caoutchouc voisine de 40. Dans cet exemple, ce sont les spires médianes (ici au nombre de 2,5 à 33 qui assurent le maintien d'une très faible rigidité, en combinaison avec la déformation du caoutchouc, rigidité qui se maintient peu variable dans les zones a1 b de la courbe. La rigidité peut être de l'ordre de 104N/m (Newton par mètre) et la fréquence propre à l'ensemble d'une valeur de l'ordre de 5 hertz. On obtient donc un amortissement certain pour toutes les autres fréquences. D'une façon générale, on peut direqUe la portion de courbe a1 b1, correspondant à la zone de faible rigidité, est presque assimilable à une droite d'angle K (celle en pointillé sur la figure 12) qui représenterait la rigidité du ressort 6 considéré à lui seul. Mais la présence du caoutchouc. notamment aux extrémités, permet d'obtenir la courbe 0 a a2 m assurant la limite des déform tions de l'ensemble à une zone déterminée (zone a b). Ces résultat peuvent être transposés dans de nombreux domaines d 'aoplication. En particulier, on peut envisager l'obtention de bons supports amortisseurs pour des machines tournantes ou des appareillages, notamment sur avions et autres engins de transport. Il est entendu que, dans chaque cas, on agira sur les divers facteurs susvisés pour obtenir la faible rigidité requise: en particulier, l'épaisseur du caoutchouc pourrait être rendue variable entre la petite et la grande base. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on peut réaliser des dispositifs élastiques dont le fonctionnement ressort suffisamment de ce qui précède pour qu'il soit inutile d'insister à son sujet, et qui présentent, par rapport à ceux du genre en question déjà existants, de nombreux avantages, notamment - celui de simplifier les opérations de montage, grâce aux possibilités de déformation élastique contrôlées, dues à la forme du ressort, - celui de supprimer, grâce encore à la pression de ce ressort. les problèmes de dilatation de l'élastomère, en particulier dans le cas où l'on utilise des silicones, - celui, dans le cas de joints soumis à une pression de la part du liquide à étancher, de mieux résister à la déformation sous l'effet de cette pression, le ressort s'y opposant, - celui de permettre une fabrication aisée et toujours reproductible dans les mêmes conditions standard, - ce lui, dans le cas de joints tournants, de permettre de résister ax effets de la force centrifuge grâce à la réaction exercée par le ressort, - et celui de se prêter à des applications particufières, telles que les applications à des supports amortisseurs. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plu-s spécialement envisagés : elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif en élastomère, comprenant essentiellement un corps de révolution en élastomère, engendré autour d'un axe X-X par un profil rectiligne ou incurvé, à interposer entre deux pièces ou ensembles en mouvement relatif, caractérisé par le fait que le corps de révolution est combiné avec au moins un ressort en hélice servant d'armature sur au moins la majeure partie du dispositif entre ses deux bases, et enrobé dans l'élastomère. 2. Dispositif, plus spécialement joint d'étanchéité, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que sa déformabilité élastique relative, conditionnée par la présence du ressort, est mise à profit pour assurer le montage d'une des bases dudit corps à l'intérieur d'au moins un logement comporté par un support, ladite base comportant à cet effet une sorte de bourrelet annulaire susceptible d'être introduit dans le logement correspondant par une déformation radiale qui est ensuite partiellement relâchée. 3. Dispositif, plus spécialement joint d'étanchéité, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que sa déformabilité élastique relative,conditionnée par la présence du ressort, est mise à profit pour assurer l'existence et le maintien d'une pression contre une surface en déplacement relatif. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'étanchéité se fait sur la surface d'un arbre d'axe confondu substantiellement avec celui du dispositif, la pression de contact étant transversale audit axe (figures 1 et 2). 5, Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'étanchéité se fait sur une surface rotative ou en glissement relatif dans un sens transversal à l'axe du dispositif, la pression de contact étant elle-même parallèle ou oblique à cet axe (figure 31. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la fixation d'une de ses ha ses sur un support correspondant se fait avec 1 'a d - dit ion d'ergots ou semblables (figure 5) 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte deux cônes ou semblables réunis par une base commune où peut s'effectuer la liaison avec un support ou palier figure 6). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, plus généralement selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la pression de contact s'établit à l'aide d'un grain intermédiaire de contact, dont le montage à la base correspondant au dispositif est réalisé de préférence grâce à une pression de contact obtenue à partir du ressort (figure 83. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le ressort est séparé en au moins deux parties, par exemple aux deux bases respectives du dispositif. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le ressort est à pas fixe ou au contraire au moins partiellement à pas variable. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'épaisseur du caoutchouc est variable entre les deux bases du dispositif. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ce dispositif est moulé de façon à donner lieu à un élément type, avec aux deux bases des sortes de couronnes que l'on peut ensuite modeler, par tranchage ou rectification, pour leur donner les formes correspondant aux utilisations spéciales envisagées (figure 43. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le ressort est soumis à une précontrainte de tension ou de compression lors du moulage. 1 4. Dispositif selon 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le ressort est supporté, pendant le moulage, par des éléments de support attenant à la surface correspondante du moule. 15. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est interposé entre deux ensembles reliés respectivement à ses deux bases grande et petite, l'un des deux ensembles étant soumis à des forces variables, notamment la pesanteur, et ledit dispositif étant utilisé en particulier comme amortisseur, en opposant, selon son axe X-X, une réaction résultant principalement de la compression et de la flexion de l'ensemble de son corps élastique et du ressert, ainsi que du flambage des éléments d'élastomère séparant les spires du ressort. 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé par le fait que, par un choix approprié de ses caractéristiques (diamètre et pas du ressort, angle du cène, épaisseur et module de l'élastomère), on fait en sorte que la rigidité de l'ensemble, c'est-à-dire le rapport entre la force appliquée F et la flèche du dispositif, demeure faible pour les valeurs normales de F, c'est-à-dire qu'une variation de F autour de cette valeur normale entraine des variations importantes de la flèche f. 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 et 16, caractérisé par le fait qu'il est appliqué à la suspension de machines ou d'appareils, notamment sur avions ou autres engins de transport.