Brevet FR2492026A1 — publié le 19820416

1. La présente invention concerne un dispositif por- teur en caoutchouc possédant une caractéristique d'élastici- té dynamique due à l'air, et elle a trait plus particulière- ment à un dispositif porteur en caoutchouc présentant une ca- pacité d'amortissement pneumatique qui correspond à des ca- ractéristiques d'élasticité idéales telles que son taux d'é- lasticité dynamique dans le domaine des hautes fréquences soit petit et que son coefficient d'amortissement dans le do- maine des basses fréquences soit élevé, et qui puisse être fabriqué d'une manière compacte. Lorsque divers types de machines engendrant des vi- brations, telles que des moteurs d'automobiles, sont suppor- tées ou soutenues à l'aide d'un isolateur de vibrations en caoutchouc, il se produit un phénomène de résonance au moment de la mise en marche ou de l'arrêt des machines, ou bien sous l'effet de l'excitation provoquée du fait que ces machines ont une composante de fréquence au voisinage de la fréquence naturelle du système porteur, et il en résulte que l'amplitu- de excessive des vibrations risque de provoquer différents incidents. Pour supprimer une résonance de ce type, on a uti- lisé jusqu'à maintenant comme matière de fort degré d'amortis- sement essentiellement des matières caoutchoutées. Cependant, les matières caoutchoutées présentent les défauts ou inconvé- nients de donner lieu à un phénomène de "grand aplatissement" et, en outre, elles ont une faible aptitude d'isolation des vibrations de haute fréquence à cause de l'augmentation de leur module d'élasticité. Récemment, la tendance enregistrée dans le domaine des amortisseurs ou des isolateurs de vibration a consisté, pour remédier aux inconvénients précités, à utiliser ce qu'on appelle un ressort pneumatique qui est basé sur le taux d'é- lasticité dynamique intrinsèque de l'air. Dans ce cas, il est nécessaire de prévoir une chambre d'air de grand volume pour supporter une forte charge, ce qui conduit à un dispositif porteur en caoutchouc de grandes dimensions. D'autre part, si les caractéristiques d'amortissement du ressort pneumatique présentant une grande amplitude dans le domaine des basses fréquences sont améliorées par augmentation du coefficient 2. d'amortissement dû à l'air, le taux d'élasticité dynamique dû à l'air est augmenté proportionnellement à l'augmentation dudit coefficient, ce qui se traduit par une réduction de la capacité d'absorption des vibrations dans le domaine des hau- tes fréquences. Inversement, si les capacités d'absorption des vibrations dans le domaine des hautes fréquences sont a- méliorées, les caractéristiques d'amortissement dans le do- maine des basses fréquences sont naturellement réduites. En particulier, lorsque le ressort pneumatique est utilisé comme dispositif porteur pour un moteur installé dans un véhicule, le nombre de tours du moteur varie dans une large gamme, de sorte qu'on rencontre de nombreux inconvénients ou incidents. Il est par conséquent tout à fait souhaitable d'obtenir une amélioration à cet égard. Pour résoudre les problèmes définis ci-dessus, il est prévu conformément à la présente invention un dispositif porteur en caoutchouc d'un type nouveau possédant une capaci- té d'amortissement pneumatique, ce dispositif pouvant avoir une aptitude satisfaisante d'isolation des vibrations à la fois dans le domaine des basses fréquences et dans le domaine des hautes fréquences. Ce problème est résolu à l'aide d'un dispositif porteur dans lequel il est prévu deux chambres d'- air supérieure et inférieure qui sont en connexion avec un diaphragme à dépression. D'autres avantages et caractéristiques de l'inven- tion seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux des- sins annexés dans lesquels t les Fig. 1 et 3 sont chacune une vue en élévation et en coupe d'un exemple de réalisation de l'invention du type dans lequel un diaphragme à dépression est connecté avec la chambre d'air inférieure et avec l'atmosphère; les Fig. 2 et 4 sont chacune une vue en élévation et en coupe d'un autre exemple de réalisation de l'invention dans lequel un diaphragme à dépression est connecté avec les chambres d'air supérieure et inférieure; les Fig. 5, 6 et 8 représentent chacune une vue en coupe à échelle agrandie d'un diaphragme à dépression placé dans le dispositif du type représenté sur les Fig. 1 et 3; 3. les Fig. 7 et 9 représentent chacune une vue en coupe à échelle agrandie d'un diaphragme à dépression inter- venant dans le dispositif représenté sur les Fig. 2 et 4; la Fig. 10 est une représentation graphique de la caractéristique d'amplitude d'une vibration mécanique; les Fig. 11 à 14 représentent chacune un graphique donnant des caractéristiques du dispositif selon l'invention; et les Fig. 15 et 16 représentent chacune un graphique donnant des caractéristiques d'un dispositif porteur en ca- outchouc classique comportant un amortisseur pneumatique. En se référant aux Fig. 1 à 4, un dispositif porteur en caoutchouc comprend essentiellement une monture supérieure 1, une monture inférieure 2, un corps cylindrique en caout- chouc 3, un corps en caoutchouc en forme de piston 4 et un diaphragme à dépression 8. Le diaphragme à dépression 8, qui constitue une des parties caractéristiques essentielles de la présente inven- tion, sert à absorber une partie du changement de volume en- gendré dans les chambres d'air (9a, 9b sur les Figures) par u- ne vibration mécanique. En d'autres termes, le diaphragme à dépression est agencé pour réduire la grandeur de la variation effective de volume d'une valeur définie, de manière qu'il soit possible de ne pas augmenter excessivement la pression intérieure des chambres d'air dans le domaine des hautes fré- quences. Un exemple préféré de réalisation du diaphragme à dépression comprend un diaphragme flexible tel qu'un diaphrag- me en caoutchouc et des plaques placées à une distance prédé- terminée de part et d'autre du diaphragme pour limiter la mo- bilité du diaphragme. Dans un autre exemple préféré de réali- sation d'un tel élément à diaphragme à dépression, celui-ci possède une flexibilité dans le domaine des légères déforma- tions mais il devient brusquement difficile à déformer pour des déformations supérieures à un seuil défini, c'est par e- exemple un diaphragme en caoutchouc auquel sont incorporés des câbles. La monture supérieure 1 constitue un appui supéri- eur sur lequel est monté un générateur de vibrations, par e- 4. emple un moteur, tandis que la monture inférieure 2 consti- tue un appui inférieur destiné à être fixé sur un châssis, par exemple le châssis d'un véhicule. Le mode de montage des deux montures peut évidemment être inversé. Un corps en caoutchouc 3 formant cylindre est agen- cé comme un cylindre en forme de sablier dont le centre est percé d'un trou servant au passage et à l'adaptation hermé- tique d'une barre ou tige 5 et il est interposé entre les mon- tures supérieure et inférieure 1, 2 de telle sorte que sa sur- face supérieure soit fixée hermétiquement sur la monture su- périeure 1 et que sa surface périphérique inférieure soit fi- xée hermétiquement et solidement sur la monture inférieure 2. La forme du corps en caoutchouc 3 n'est pas limitée à une forme cylindrique mais elle peut être choisie de façon appropriée. Du fait de cet assemblage, un vide est délimité par la surface intérieure du corps en caoutchoLc 3 et la monture inférieure 2, ce vide constituant une chambre d'air 9 pouvant changer de volume. Un corps en forme de piston 4, constitué de caout- chouc, présente un profil approprié. Il est, d'une part, re- lié solidement à la monture supérieure 1 par l'intermédiaire de la partie de tige 5 qui est engagée et montée hermétique- ment dans le corps 3 qu'il traverse de haut en bas. Il est, d'autre part, disposé horizontalement à l'intérieur de la chambre d'air 9 afin de la diviser en une chambre supérieure 9a et une chambre inférieure 9b. Le corps formant cylindre 3 et le corps en forme de piston 4 sont, lors de leur fabrication dans un moule, joints et reliés à des éléments annulaires rigides 6 et 18 sur leurs périphéries respectives de manière à être fixés de façon mo- nobloc sur le monture inférieure 2. Le corps en forme de pis- ton 4 est en outre lié solidement à une plaque rigide 7 des- tinée à renforcer sa fixation mécanique sur la tige 5. La monture supérieure 1 et la tige 5 peuvent être réunies ensemble par soudage de leurs parties correspondantes ou bien par fixation de la partie filetée prévue sur la tête de la tige 5 sur un carter d'un moteur ou bien un châssis de véhicule ou bien tout autre corps à l'aide d'un écrou. 5. Dans le dispositif porteur ainsi constitué, lors- qu'une partie du moteur entre en vibration, le corps en ca- outchouc 3 est soumis à une contrainte de compression dynami- que par l'intermédiaire de la monture supérieure 1 tandis que le corps en forme de piston 4 est soumis à des contraintes de compression et dépression par l'intermédiaire de la tige 5, de sorte que la chambre supérieure 9a et la chambre inférieu- re 9b changent respectivement de volume. Lorsque, sous l'effet de cette variation de volume, 9b de l'air est refoulé des deux chambres 9a,\ou admis dans cel- les-ci on doit obtenir une capacité d'amortissement appro- priée. Dans ce but, il est prévu dans les modes de réalisa- tion représentés sur les Fig. 1 et 2 un orifice lOa - f onc- tion d'étranglement, cet orifice étant placé dans une posi- tion appropriée dans le corps en caoutchouc A " ranière à mettre en communication la chambre supérieur A. avec l'at- mosphère tandis qu'un orifice lOb remplissant également une fonction d'étranglement et servant à mettre en communication la chambre d'air inférieure 9b avec l'atmosphère est placé dans une position appropriée dans la monture inférieure 2. On voit que théoriquement la grandeur de la capaci- té d'amortissement obtenue par l'effet d'étranglement de 1'- air passant par les orifices lOa, lOb est proportionnelle au degré de variation de volume des chambres 9a, 9b sous l'effet du déplacement dynamique et est inversement proportionnelle aux volumes des chambres d'air 9a, 9b. En conséquence, on peut obtenir une capacité d'amortissement synergistiquement élevée par la prévision des deux chambres d'air 9a, 9b. Dans les modes de réalisation représentés sur les Fig. 3 et 4, il est prévu un orifice lOc ménagé au travers du corps en forme de piston 4 de façon à faire communiquer les chambres supérieure et inférieure 9a, 9b, ces deux chambres étant isolées de l'atmosphère. Lorsque le corps en forme de piston 4 est mis en oscillation vers le haut et vers le bas, une des chambres supérieure et inférieure 9a, 9b change de volume dans le sens d'augmentation, tandis que l'autre change de volume dans le sens de diminution, de sorte qu'un écoule- ment d'air passant par l'orifice lOc est inversé d'une direc- sement tion dans l'autre et qu'en conséquence la fonction d'amortis-/ 6. due à l'effet d'étranglement de l'orifice est remplie avec un degré suffisant d'une manière semblable à ce qui a lieu au cas o les chambres d'air sont en communication avec 1'- atmosphère. De cette manière, il est possible d'atteindre l'objectif désiré pour la présente invention. Selon une autre caractéristique de l'invention, chacun des dispositifs porteurs représentés sur les Fig. 1 à 4 est pourvu d'un élément à diaphragme à dépression 8 en addition aux composants décrits ci-dessus. L'élément à diaphragme à dépression 8, dont des e- xemples de réalisation sont indiqués sur les Fig. 5 à 7, com- prend un diaphragme 11 présentant une certaine flexibilité et des plaques 16, 17 destinées à limiter la déformation du diaphragme 11, lesdites plaques étant placées sur les deux côtés de ce diaphragme. D'autres exemples de réalisation de l'élément à diaphragme à dépression ont été mis en évidence sur les Fig. 8 et 9, le diaphragme possédant une certaine flexibilité lorsqu'il est soumis à une légère déformation tout en augmentant brusquement de résistance lorsqu'il est soumis à des déformations qui sont supérieures à un seuil dé- fini, en devenant ainsi difficile à déformer, par exemple un diaphragme 11 en caoutchouc contenant des câbles. L'élément à diaphragme à dépression 8 peut être placé dans une position appropriée par rapport à l'une ou l'- autre ou bien les deux chambres d'air 9a, 9b. Dans les modes de réalisation représentés sur les Fig. 1 et 3, l'élément à diaphragme à dépression 8 est relié à la surface inférieure de la monture inférieure 2, son ori- fice supérieur 14 communiquant avec la chambre inférieure 9b, tandis que son orifice inférieur 15 (Fig. 5, 6, 8) communique avec l'atmosphère. D'autres modes de réalisation ont été représentés sur les Fig. 2 et 4, o l'élément à diaphragme à dépression 8 est disposé dans le corps en forme de piston 4, son orifice supérieur 14 communiquant avec la chambre supérieure 9a et son orifice inférieur 15 communiquant avec la chambre inféri- eure 9b. Dans le dispositif porteur selon l'invention, le nombre d'éléments à diaphragme à dépression 8 à prévoir n'est 7. pas limité. Ainsi, on peut utiliser un seul élément à dia- phragme à dépression qui est agencé de façon à produire un changement de volume prédéterminé, ou bien on peut prévoir séparément ou en association plusieurs éléments à diaphragme à dépression dont le volume total correspond à une variation de volume prédéterminée. L'orifice supérieur 14 et l'orifice inférieur 15 de l'élément à diaphragme à dépression 8 sont différents des orifices précités lOa, lOb, lOc exerçant un effet d'étrangle- ment. Il est préférable qu'ils comportent chacun un trou a- yant une section de passage relativement grande pour tenir compte de l'obligation qu'une partie de la grandeur de la va- riation de volume de la chambre d'air supérieure 9a ou de la chambre d'air inférieure 9b soit transmise rapidement en cor- respondance à une distance de déplacement du diaphragme 11. En résumé, il est par conséquent essentiel qu'un o- rifice de l'élément à diaphragme à dépression 8 communique a- vec l'une des chambres supérieure et inférieure 9a, 9b et que l'autre orifice communique avec l'autre chambre 9a ou 9b ou bien avec l'atmosphère. Le dispositif porteur conforme à l'invention, et a- gencé comme décrit ci-dessus peut remplir une fonction d'ab- sorption de vibration lorsqu'il est soumis à une flexion dyna- mique par compression sous l'effet d'une vibration, par l'ac- tion d'un taux d'élasticité qui est égal à la somme a + b d'un taux d'élasticité dynamique b imputable à l'air se trouvant dans les chambres 9a, 9b et d'un taux d'élasticité dynamique a imputable à la partie portante en caoutchouc qui est compo- sée du corps en caoutchouc 3 formant cylindre et du corps en forme de piston 4, et d'un coefficient d'amortissement dû à l'air, comme indiqué sur les Fig. 13, 14. En général, une vibration mécanique a une grande am- plitude dans le domaine des basses fréquences et une petite amplitude dans le domaine des hautes fréquences, comme indi- qué sur la Fig. 10. D'autre part, la grandeur de la variation de volume des chambres d'air 9a, 9b est proportionnelle à l'amplitude de vibration, en étant élevée dans le domaine des basses fré- quences et en étant faible dans le domaine des hautes fréquen- 8. ces. Puisque le dispositif porteur selon l'invention comporte deux chambres d'air supérieure et inférieure 9a, 9b, il est possible de rendre le volume des chambres d'air suf- fisamment grand par rapport à leur surface projetée pour qu'- on puisse obtenir un effet d'élasticité pneumatique suffisant en dépit des petites dimensions du dispositif. En outre, il est possible d'amortir la vibration par l'action d'étrangle- ment des orifices lOa, lOb, lOc, qui contribuent à améliorer l'effet d'absorption des vibrations en combinaison avec l'ac- tion d'amortissement imputable à l'effet de ressort pneumati- que. Les propriétés d'isolation de vibration à imposer. un isolateur de vibration en caoutchouc sont en général telles que cet isolateur doit avoir un taux d'élasticité dynamique qui ait une valeur suffisante dans le domaine des basses fré- quences tout en n'étant pas trop élevé dans le domaine des hautes fréquences, tandis que son coefficient d'amortissement est grand dans le domaine des basses fréquences et des gran- des amplitudes. Des ressorts pneumatiques classiques présentent i- névitablement l'inconvénient que leurs taux d'élasticité dy- namique sont inutilement élevés dans le domaine des hautes fréquences. Au contraire, le dispositif porteur en caoutchouc conforme à l'invention peut absorber une partie de la varia- tion de volume engendrée dans la chambre d'air 9 sous l'effet d'une vibration mécanique par la prévision de l'élément à dia- phragme à dépression 8, c'est-à-dire qu'il peut diminuer le degré de changement effectif de volume de la chambre d'air d'une valeur définie. En conséquence, il est possible de ne pas augmenter excessivement la pression d'air dans la chambre d'air inférieure 9b ou bien dans les deux chambres 9a, 9b dans le domaine des hautes fréquences (cf. Fig. 11 et Fig. 12), en vue de réduire ainsi le taux d'élasticité dynamique dans le domaine des hautes fréquences. En conséquence, la transmis- sion des vibrations peut être coupée efficacement dans toute la zone comprise entre le domaine des basses fréquences et le domaine des hautes fréquences. Les caractéristiques concernant le taux d'élastici- 9. té dynamique et le coefficient d'amortissement du dispositif selon l'invention ont été mises en évidence sur les Fig. 13 et 14, tandis que celles d'un dispositif connu qui n'est pas pourvu du diaphragme à dépression 8 sont mises en évidence sur les Fig. 15 et 16. Comme le montre la comparaison des figures, la présente invention permet d'obtenir, dans le do- maine des basses fréquences, des valeurs relativement plus grandes que celles correspondant au domaine des hautes fré- quences par comparaison au dispositif connu, ce qui permet d'atteindre l'objectif désiré. La diminution de la variation de volume qui est im- putable à l'élément à diaphragme à dépression 8 est exprimée par la partie hachurée de la Fig. 11, qui montre que les va- leurs de réduction sont presque constantes dans toute la zone s'étendant du domaine des basses fréquences jusqu'au domaine des hautes fréquences. De ce fait, le degré de variation du taux d'élasticité dynamique en fonction de la fréquence est rendu modéré par comparaison au dispositif de type connu et, en conséquence, il est possible d'améliorer le taux d'élasti- cité dynamique dans le domaine des basses fréquences tout en réduisant le taux d'élasticité dynamique dans le domaine des hautes fréquences. Comme décrit ci-dessus, l'invention permet d'obtenir un dispositif porteur qui est capable de supporter une charge lourde grâce à sa structure compacte puisqu'il est prévu deux chambres d'air respectivement supérieure et inférieure qui sont susceptibles de changer de volume sous l'influence des vibrations. En outre, du fait de la prévision de l'élément à diaphragme à dépression qui est capable de réduire la gran- deur du changement effectif de volume d'une valeur définie, il est possible de diminuer le taux d'élasticité dynamique tout en supprimant l'augmentation de la pression interne dans les chambres d'air dans le domaine des hautes fréquences, ce qui signifie que le taux d'élasticité dynamique dans le do- maine des basses fréquences peut être relativement amélioré. Il en résulte qu'il est possible de supprimer la transmission des vibrations efficacement dans tout le domaine des fréquen- 10. ces, tout en obtenant une action extrêmement efficace en ce qui concerne l'isolation des vibrations. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus, qui peuvent faire l'objet de nombreuses variantes. il. REVENDICATIONS. 1. Dispositif porteur en caoutchouc possédant une capacité d'amortissement pneumatique, caractérisé en ce qu'il comprend: - des montures supérieure et inférieure (1, 2) qui sont chacune montées sur un générateur de vibrations; - un corps en caoutchouc (3) formant cylindre qui est interposé entre les montures supérieure et inférieure, sa surface supérieure et sa surface périphérique inférieure étant respectivement liées solidement et hermétiquement avec les montures supérieure et inférieure, en définissant une chambre d'air (9) pouvant changer de volume et délimitée par la sur- face inférieure du corps cylindrique et la monture inférieure; - un corps en caoutchouc (4) formant piston dont la partie-tige (5) est introduite et montée hermétiquement dans ledit corps cylindrique qu'elle traverse de haut en bas et est liée solidement et de façon monobloc à la monture supé- rieure, ledit corps (4) en forme de piston étant placé à l'in- térieur de ladite chambre d'air de manière à la diviser en u- ne chambre supérieure et une chambre inférieure (9a, 9b), les- dites chambres d'air supérieure et inférieure étant chacune agencées pour permettre à de l'air de rentrer dans ou de sor- tir desdites chambres par l'intermédiaire d'un orifice (lOa, lOb; ou lOa, lOc); et - un élément à diaphragme à dépression (8) qui est prévu en association avec lesdites chambres supérieure et in- férieure, un orifice (14) dudit élément étant en communication avec une des chambres, tandis que l'autre orifice (15) commu- nique avec l'autre chambre, ledit élément à diaphragme à dé- pression étant capable de réduire la grandeur de la variation effective de volume d'une valeur définie. 2. Dispositif porteur en caoutchouc possédant une capacité d'amortissement pneumatique, caractérisé en ce qu'il comprend: - des montures supérieure et inférieure (1, 2) qui sont chacune montées sur un générateur de vibrations: - un corps en caoutchouc formant cylindre (3) qui est interposé entre les montures supérieure et inférieure, sa surface supérieure et sa surface périphérique inférieure é- 12. tant respectivement liées solidement et hermétiquement avec les montures supérieure et inférieure, en définissant une chambre d'air (9) pouvant changer de volume et délimitée par la surface inférieure du corps cylindrique et la monture in- férieure; - un corps en caoutchouc (4) formant piston dont la partie-tige (5) est introduite et montée hermétiquement dans ledit corps cylindrique qu'elle traverse de haut en bas et est liée solidement et de façon monobloc à la monture supéri- eure, ledit corps formant piston étant placé à l'intérieur de ladite chambre d'air de manière à la diviser en une chambre supérieure et une chambre inférieure (9a, 9b), lesdites cham- bres d'air supérieure et inférieure étant chacune agencées pour permettre à de V'air de rentrer dans ou de sortir desdi- tes chambres par l'intermédiaire d'un orifice (lOa, lOb; ou lOa, lOc); et - un élément à diaphragme àdépression (8) qui est prévu en association avec l'une des chambres d'air, un orifi- ce (14) dudit élément étant en communication avec l'une des chambres, tandis que l'autre orifice (15) communique avec 1'- atmosphère. 3. Dispositif porteur en caoutchouc selon la reven- dication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites chambres d'- air supérieure et inférieure sont chacune agencées pour être mises en communication avec l'atmosphère par l'intermédiaire d'un orifice (lOa, lob). 4. Dispositif porteur en caoutchouc selon la reven- dication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites chambres d'- air supérieure et inférieure communiquent l'une avec l'autre par l'intermédiaire d'un orifice (lOc). 5. Dispositif porteur en caoutchouc selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit élément à diaphragme à dépression est composé d'un diaphragme en caout- chouc (11) et de deux plaques (7, 17) entre lesquelles il est placé et qui ont pour fonction de limiter son mouvement. 6. Dispositif porteur en caoutchouc selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit élément à diaphragme à dépression est un diaphragme en caoutchouc con- tenant des câbles.