Brevet FR2494370A1 — publié le 19820521

La présente invention se rapporte d'une façon géné- rale aux amortisseurs de chocs. Elle concerne plus parti- culièrement des amortisseurs de chocs du type qui sont mon- tés sur les véhicules et qui utilisent à la fois un ressort de cisaillement en élastomère et l'écoulement d'un fluide à travers un orifice étranglé pour absorber les chocs, mettre une structure à niveau et dissiper de l'énergie. Les amor- tisseurs de chocs de ce type qui sont déjà connus compren- nent ceux qui sont décrits dans la demande de brevet déposée aux Etats-Unis le 13 Octobre 1978 sous le no 950 949. Dans cette demande, une vessie en élastomère expan- sible et contractable est utilisée pour séparer une chambre à gaz d'une chambre à fluide dans un amortisseur-ressort visqueux ou amortisseur viscoélastique, pour permettre de faire varier la caractéristique élastique de l'amortisseur, tarer l'amortisseur et mettre à niveau une charge supportée par cet amortisseur. Les caractéristiques de fonctionnement dynamique de tels amortisseurs sont principalement limitées à la ca- ractéristique élastique, la réponse en amortissement, la consommation d'énergie active cyclique et le pourcentage de dissipation de cette énergie. Dans les dispositifs de la technique antérieure qui utilisent une seule vessie,des essais dynamiques de force-fléchissement ont établi qu'un tel dispositif possède une caractéristique élastique (constante élastique) en compression fortement variable. En outre, un tel dispositif est affecté de limitations en ce qui concerne la réponse en amortissement et la gamme de fréquence du mouvement de compression et du mouvement de rebondissement, et il réagit comme un dispositif qui pré- sente des types d'amortissement irréguliers qui sont fonc- tion de la charge et de la fréquence. Les dispositifs de la technique antérieure souffraient également d'un accroisse- ment rapide de la constante élastique avec l'accroissement de l'amplitude de fléchissement, en conférant ainsi à un véhicule équipé de tels dispositifs un roulement dur et en entraînant de grands chocs de fléchissement. L'invention a pour objet un nouvel amortisseur- ressort visqueux perfectionné qui présente des caractéris- tiques de fonctionnement améliorées comparativement aux amortisseursressorts visqueux de la technique antérieure et qui soit d'une conception simple, économique à fabriquer, facilement adaptable à différentes utilisations de dissipa- tion de l'énergie, facile à monter, facile à démonter et qui possède de meilleures caractéristiques d'absorption des chocs et de dissipation de l'énergie. Suivant l'invention, on réalise un amortisseur- ressort visqueux particulièrement bien approprié pour l'ab- sorption des chocs, l'amortissement, l'aplanissement de l'agitation d'une structure et la dissipation d'énergie. Le nouvel amortisseur-ressort visqueux est de façon géné- rale composé d'un élément extérieur relié à un élément in- térieur par un ressort de cisaillement en élastomère. Une chambre à fluide principale ou première chambre à fluide est interposée entre l'élément intérieur et l'élément exté- rieur et communique avec une deuxième chambre à fluide à travers un dispositif à orifices d'étranglement. Une vessie en élastomère expansible et contractable, pouvant être chargée par un gaz, est enfermée dans la deuxième chambre, avec une première valve permettant de charger sélectivement la vessie d'une pression de gaz. Un diaphragme en élasto- mère est enfermé dans la chambre principale et est équipé d'une deuxième valve permettant de charger sélectivement le diaphragme d'une pression de gaz. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le diaphragme est interposé entre la paroi terminale de l'élément intérieur et la paroi terminale de l'élément extérieur, et il est fixé à la paroi périphérique de l'élément extérieur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le diaphragme comprend une série de nervures d'usure espa- cées, s'étendant vers l'extérieur et disposées pour atta- quer des points de contact du diaphragme. Un but principal de l'invention est de réaliser un amortisseur-ressort visqueux perfectionné possédant des caractéristiques de fonctionnement améliorées. Un autre but de l'invention est de réaliser un amortisseur-ressort visqueux possédant un diaphragme pour séparer une chambre à gaz d'une chambre à fluide. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, - la figure 1 est une vue en élévation et en coupe d'un amortisseur-ressort visqueux construit suivant l'in- vention; - la figure 2 est une vue en plan de dessus d'un diaphragme utilisé dans l'amortisseur suivant l'invention; - la figure 3 est une vue en élévation et en coupe d'un amortisseur-ressort visqueux construit suivant l'inven- tion, qui montre l'amortisseur dans l'état comprimé: - la figure 4 est une vue en élévation et en coupe montrant l'amortisseur-ressort visqueux dans l'état dilaté; - la figure 5 est un graphique montrant la carac- téristique du fléchissement d'un dispositif de la technique antérieure; et - la figure 6 est un graphique montrant la carac- téristique de fléchissement de l'amortisseur-ressort vis- queux de la Eigure 1. Suivant l'exemple d'exécution représenté sur les dessins, un amortisseurressort visqueux 12 est composé d'un élément intérieur 16 et d'un élément extérieur 18 qui sont reliés Dar un ressort de cisaillement 20 en élastomère, lequel est fixé à une partie des surfaces de l'élément intérieur et de l'élément extérieur. Une chambre à fluide principale 26 est interposée entre l'élément intérieur 16 et l'élément extérieur 18 et est au moins Dartiellement contiguë au ressort de cisaillement en élastomère 20. L'élément intérieur 16 comprend une partie en forme de gobelet allongé qui comporte une paroi terminale et une paroi périphérique 32 partant de cette paroi ter- minale pour enfermer une deuxième chambre à fluide 34 de forme allongée. Un dispositif à orifices désigné dans son ensemble par la référence 36 est prévu pour transférer le fluide de l'une à l'autre des chambres à fluide 26 et 34. Dans un exemple type, le dispositif à orifices 36 est constitué par un dispositif d'étranglement 38 en élastomère possédant un clapet souple 40 qui recouvre une série de passages 4-2 pour arrêter l'écoulement à travers ces passa- ges dans un sens tout en laissant l'écoulement libre dans le sens inverse à travers ces passages ainsi qu'à travers un passage central 44. Une vessie en élastomère 50 de forme allongée, ex- pansible et contractable, est placée dans la deuxième chambre à fluide 34 et comprend une collerette de montage circonférentielle 52 qui est fixée entre un épaulement circonférentiel 54 prévu sur l'élément intérieur 16 et un chapeau 56 qui est emmanché à force ou fixé d'une autre façon appropriée à l'élément intérieur 16. Le chapeau 56 est équipé d'une valve constituée par un clapet anti-retour à air 60 monté sur ce chapeau et permettant de charger sélectivement la vessie 50 d'une pression gazeuse variable. La vessie 50 a une forme appropriée pour épouser dans l'ensemble la forme de la deuxième chambre à fluide 34 et comprend une paroi terminale 62 qui regarde la paroi ter- minale 30 de l'élément intérieur ainsi qu'une paroi péri- phérique 66 qui regarde la paroi périphérique 32 de l'élé- ment intérieur. La vessie 50 porte une série de moyens d'usure espacés destinés à réduire au maximum l'abrasion de la vessie. Ceci permet de se dispenser d'usiner l'intérieur de la deuxième chambre à fluide 34. Les moyens d'usure peuvent revêtir différentes formes et, dans un arrangement, ils comprennent une série d'anneaux circonférentiels 70 espacés axialement, en saillie vers l'extérieur, qui sont venus de matière avec la paroi périphérique 66 de la ves- sie. La paroi terminale 62 de la vessie peut également être nettement plus épaisse que le reste de la vessie, pour conférer à cette vessie une bonne résistance à l'abra- sion. Lorsque la vessie 50 se dilate et se contracte, elle frotte contre l'intérieur de la paroi terminale 30 et de la paroi périphérique 32 de l'élément intérieur, et les moyens d'usure 70 réduisent à un minimum le risque d'écla- tement de la vessie. Les anneaux 70 sont suffisamment rap- prochés, et la paroi de la vessie est suffisamment épaisse entre ces anneaux, pour empêcher la vessie de se bomber vers l'extérieur entre les anneaux adjacents et d'entrer ainsi en contact avec la surface de la paroi périphérique 32 de l'élément intérieur. Les anneaux périphériques 70 ont également pour effet d'emprisonner du fluide entre eux pour maintenir du lubrifiant le long de la paroi périphé- rique de la vessie 50 afin de réduire encore l'abrasion de cette paroi. Un diaphragme en élastomère 74 est de préférence fixé à la paroi périphérique 76 de l'élément extérieur 18, et il est généralement réalisé dans la même matière que la vessie 50. Des nervures radiales 78 s'étendant vers l'exté- rieur (figures 1 et 2) sont venues de matière avec le dia- phragme 74, dans la paroi 80 de ce diaphragme qui regarde l'élément intérieur 16, et.sont disposées de manière à attaquer des points de contact entre le diaphragme 74 et le ressort de cisaillement en élastomère 20 afin de suppri- mer les abrasions destructrices et de former des orifices de passage de fluide pour éviter tout blocage hydraulique entre l'élément intérieur 16 et le diaphragme 74. La cham- bre à fluide principale 36 est définie entre le diaphragme 74 et le ressort de cisaillement 20. Une chambre à gaz 82 du diaphragme est définie entre le diaphragme 74, la paroi périphérique 76 et la paroi terminale 84 de l'élément ex- térieur. Une valve anti-retour à air 86 est montée dans la paroi terminale 84 pour permettre de charger sélectivement la chambre 82 d'une pression de gaz variable pour mettre à niveau l'amortisseur ou faire varier la caractéristique élastique. Dans le présent mémoire, on entend par le terme gaz un gaz tel que l'air ou l'azote. On entend par le terme fluide un liquide tel que le glycol ou un autre fluide hydraulique analogue. Un tampon de butée, réalisé sous la forme d'une bague en élastomère 90, est venu de matière avec le ressort de cisaillement 20 en élastomère à l'intérieur de la cham- bre à fluide principale 26 et est destiné à coopérer avec les nervures 78 pendant les mouvements télescopiques des éléments 16 et 18. L'anneau de butée 90 peut également être fixé à la paroi terminale 30 de n'importe quelle façon appropriée, y compris la fixation par moulage, l'utilisation d'organes d'assemblage mécaniques ou une adhérence chimique. On décrira maintenant le fonctionnement de l'amor- tisseur. L'amortisseur-ressort visqueux 12 peut être utilisé comme amortisseur de chocs sur des véhicules ou sur des sup- ports de machines ou analogues. Lorsque l'amortisseur est utilisé sur des véhicules, l'élément intérieur 16 est relié directement ou indirecte- ment à la caisse du véhicule tandis que l'élément extérieur 18 est relié directement ou indirectement à l'essieu (non représenté) du véhicule. Le déplacement axial télescopique relatif entre les éléments intérieurs et extérieur 16, 18 sollicite le ressort de cisaillement en élastomère 20 et fait varier les volumes des chambres à fluide 26, 34, tan- dis que le fluide passe de l'une à l'autre de ces chambres à travers le dispositif à orifices 36. En se reportant plus particulièrement à la figure 3 on peut voir que lorsque les éléments intérieur et ex- térieur subissent brusquement une force télescopique, le diaphragme en élastomère 74 et la chambre à gaz 82 située sous ce diaphragme sont tout d'abord comprimés. Ceci est dû à la grande surface du diaphragme 74 et à la surface relativement petite du passage de fluide prévu dans le dispositif à orifices 36 pour laisser le fluide pénétrer dans la deuxième chambre à fluide 34. Lorsque le mouvement télescopique se poursuit, le fluide Dénètre dans la deuxième chambre 34 et comprime la vessie 50. La compression initiale du diaphragme, avec un écoulement de fluide relativement petit à travers le dispositif à orifices 36, donne lieu à une réponse en amortissement à la force appliquée ainsi qu'à une réponse par caractéristique élastique. La pour- suite du mouvement télescopique sollicite le ressort de cisaillement 20 et comprime davantage la chambre à gaz 82 située sous le diaphragme et la vessie 50. Cette action absorbe le choc et dissipe de l'énergie d'une façon connue. Au cours du mouvement de rebondissement de l'amor- tisseur 12, le fluide reflue de la deuxième chambre 34 à la chambre à fluide principale 26 à travers le dispositif à orifices 36. Lorsque l'amortisseur 12 est en extension (figure 4), la chambre à gaz 82 du diaphragme et la vessie se dilatent, et le fluide est aspiré de la deuxième chambre 34 dans la chambre à fluide principale 26. L'action fonctionnelle dynamique d'un amortisseur- ressort visqueux comprenant un diaphragme 74 s'est révélée présenter deux caractéristiques élastiques, l'une pendant la compression et l'autre pendant le mouvement de rebondis- sement. En outre, dans les mouvements de compression et de rebondissement, le dispositif suivant l'invention possède une réponse d'amortissement positif. On a représenté les caractéristiques de fonctionne- ment améliorées sur les figures 5 et 6. Dans les disposi- tifs de la technique antérieure qui ne comportent pas le diaphragme, le graphique charge/déplacement (figure 5) possède une pente irrégulière du point 92 au point 94 et, de là, au point 96, pendant le mouvement télescopique de compression. En particulier, pendant la charge initiale (point 92 à point 94), le graphique montre un petit dépla- cement pour un accroissement de la charge. Ceci est indica- tif d'une constante élastique très élevée et d'une absence d'amortissement. Dans des conditions identiques, le dispositif sui- vant l'invention présente une courbe charge/déplacement régulière pendant le chargement du point 98 au point 100 et, de là, au point 102, et pendant le rebondissement, du point 102 au point 98. Ceci est indicatif de la présence d'un amortissement et d'une constante élastique à la fois dans le mouvement de compression télescopique et dans le rebondissement. REVENDICATIONS 1. Amortisseur-ressort visqueux comprenant un élé- ment intérieur (16) et un élément extérieur (18) reliés par un ressort de cisaillement (20) en élastomère, une chambre à fluide principale (26) située entre ces deux éléments et communiquant avec une deuxième chambre (34) prévue dans l'élément intérieur à travers un dispositif à orifices d'étranglement (36), une vessie en élastomère (50) expan- sible et contractable, pouvant être chargée par un gaz et contenue dans la deuxième chambre, et une première valve (60) permettant de charger sélectivement la vessie avec une pression de gaz, cet amortisseur étant caractérisé en ce qu'il comprend un diaphragme en élastomère (74) contenu dans ladite chambre principale (26), et une deuxième valve (86) permettant de charger sélectivement ce diaphragme avec une pression de fluide, de sorte que le déplacement relatif entre les deux éléments (16, 18) a pour effet de solliciter ledit-ressort de cisaillement et de faire varier les volumes de la vessie et du diaphragme. 2. Amortisseur-ressort visqueux suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que ledit diaphragme (74) peut être mis en contact avec la paroi de la chambre à fluide principale (26) et comprend une série de moyens d'usure espacés (78) et venus de matière qui font saillie vers l'ex- térieur sur le diaphragme pour protéger ce dernier de l'a- brasion et pour donner naissance à des orifices de passage de fluide entre le diaphragme et ledit élément intérieur(16) 3. Amortisseur-ressort visqueux suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que ledit élément extérieur (18) possède une paroi terminale (84) qui est traversée par la- dite deuxième valve (86) et comprend une paroi périphérique (76) de forme allongée qui part de ladite paroi terminale en direction dudit élément intérieur, la chambre à fluide principale (26) étant définie à l'intérieur de ladite paroi terminale (84) et de ladite paroi périphérique (76), ledit diaphragme (74) étant interposé entre ledit élément inté- rieur et ladite paroi terminale (84) et ayant une configu- ration propre à épouser de façon générale la configuration de section de la chambre à fluide principale (34). 4. Amortisseur-ressort visqueux suivant la reven- dication 3, caractérisé en ce qu'il comporte sur le dia- phragme (74) des moyens d'usure (78) espacés et s'étendant vers l'extérieur pour éviter l'abrasion du diaphragme et établir des orifices de passage du fluide entre le dia- phragme et l'élément intérieur (16). 5. Amortisseur-ressort visqueux suivant la reven- dication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'usure (78) sont constitués par des nervures radiales. 6. Amortisseur-ressort visqueux suivant la reven- dication 5, caractérisé en ce que ledit élément intérieur (16) porte des moyens de butée constitués par un tampon (90) qui fait saillie vers l'élément extérieur (18) sur la paroi terminale (30) de l'élément intérieur et en ce que lesdits moyens de butée sont disposés pour attaquer les nervures (78) du diaphragme (74) pendant le mouvement té- lescopique desdits éléments (16, 18). 7. Amortisseur-ressort visqueux destiné à amortir et aplanir l'agitation d'une structure, caractérisé en ce qu'il comprend un élément intérieur (16) au moins partiel- lement emboité dans un élément extérieur (18) et réuni à cet élément extérieur par un ressort de cisaillement en élastomère (20), ledit amortisseur-ressort comprenant une première chambre à fluide (34) contenue dans ledit élément intérieur (16) et qui peut communiquer avec une deuxième chambre à fluide (26) contenue dans ledit élément extérieur à travers un dispositif à orifices d'étranglement (36), des premiers moyens en élastomère (50) et une première valve (60) associée à ces moyens pour établir une pression de gaz sélective dans ladite première chambre, et des deu- xièmes moyens en élastomère (74) et une deuxième valve (88) associée à ces moyens pour mettre sélectivement ladite deuxième chambre à fluide (26) sous pression au moyen d'un gaz, de sorte que le déplacement relatif entre lesdits éléments a pour effet de solliciter ledit ressort de ci- 1l saillement (20) et de faire varier les volumes des premiers et deuxièmes moyens en élastomère (50, 74). 8. Amortisseur-ressort visqueux suivant la revendi- cation 7, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens en élastomère (50) comprennent une vessie en élastomère d'une configuration générale appropriée pour épouser la forme de ladite première chambre à fluide (34) et en ce que lesdits deuxièmes moyens en élastomère (74) comprennent un diaphrag- me en élastomère interposé entre ledit élément intérieur (16) et une paroi terminale (84) de l'élément extérieur (18). 9. Amortisseur-ressort visqueux suivant la revendi- cation 8, caractérisé en ce que le diaphragme (74) est fixé à une paroi périphérique et comporte une série de moyens d'usure espacés (78) des- tinés à éviter l'abrasion de ce diaphragme et à établir des orifices de passage de fluide entre le diaphragme et l'élé- ment intérieur (16). 10. Amortisseur-ressort visqueux suivant la reven- dication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens d'usure comprennent des nervures (78) venues de matière avec le diaphragme et disposées pour attaquer des points de contact entre l'élément intérieur (16) et l'élément extérieur (18).