Brevet FR2496808A1 — publié le 19820625

Ressort à lame La présente invention concerne un ressort à lame, plus spécialement un ressort à lame dont la largeur et la superficie de section droite sont sensiblement invariables en tout point ou position de sa longueur. D'une façon classique, les ressorts à lame utilisés dans les systèmes de suspensions de véhicules, etc., sont principalement en acier. Toutefois, pour obtenir des ressorts à lame plus légers, on remplace l'acier en tant que matériau pour les ressorts par une matière plastique renforcée par des fibres (FRP). Dans les ressorts à lame en acier de la technique antérieure, dont le module de Young est invariable sur toute la longueur de ce ressort, on peut modifier la configuration de la section en fonction de la position pour assurer une répartition uniforme des contraintes sans entraîner de confusion dans la conception. Pour obtenir une répartition uniforme des contraintes, il est nécessaire, mime dans ke cas d'un ressort à lame en PRP de modifier la configuration de la section suivant la position, par exemple en diminuant progressivement l'épaisseur. Dans un procédé pour fabriquer en continu des ressorts à lame en FRP en extrudant en continu un mélange de fibres et de résine, ce qui donne la capacité la plus élevée de production en série, il est nécessaire de répéter continuellement l'augmentation et la diminution de la quantité de fibres et de résine utilisée pour modifier la configuration de la section comme en l'a décrit ci-dessus. Toutefois, dans une telle production en continu, les fibres utilisées sont continues de sorte qu'il est impossible ou très difficile de répéter continuellement l'augmentation et la diminution de la quantité de fibres. Même si on ne doit modifier que la quantité de résine, la quantité invariable de fibres utilisée fixe des limites à la variation de la quantité de résine employée. En outre, il est nécessaire de modifier continuellement en fonction de la quantité de résine la quantité de chaleur produite par le dispositif de chauffage. De toute façon, la structure du dispositif ainsi que sa com- mande sont dans une certaine mesure compliquées. Même si on ne modifie que la quantité de fibres, le module de Young du res- sort à lame n'est pas fixe sur toute la longueur à moins que la teneur en fibres soit invariable en tout point ou position de la longueur. Par conséquent, les calculs utilisée pour la con- ception sont obligatoirement compliqués. La superficie de la section étant maintenue invariable, on modifie la largeur du ressort à lame, tel que le ressort à lame (du type appelé corvette dans la technique anglo-saxonne) représenté sur la figure 14, à mesure que l'on modifie son épaisseur. Si on diminue l'épaisseur de la partie terminale du ressort, alors on augmente sa largeur, de sorte qu'il faut agrandir les éléments constitutifs du systê-e de suspension ce qui s'oppose à son montage ou entraîne une interférence dv.o une chaîne de pneumatique ou autre élément analogue et constitue une entrave à une répartition uniforme des contraintes (voir figure 14). C'est pourquoi la présente invention a pour objet un ressort à lame en FRP dont la largeur et la superficie de seo- tion sont sensiblement invariables sur toute la longueur de sa partie utile et dont le moment d'inertie et le module de la section varient le long de la longueur, en procurant ainsi une répartition uniforme des contraintes. On va maintenant décrire là présente invention en se référanit aux dessins annexés, sur lesquels t les figures 1 et 2 sont respectivement une vue de cOté et une vue de dessous d'un ressort à lame selon un mode de réalisation selon la présente invention; les figures 3, 4 et 5 sont des vues en coupe par III-III, IV-IV et V-V de la figure 2, respectivement; les figures 6(A), 6(.B), 6(C), 7, 8, 9 et 10 sont des croquis illustrant des modifications des parties principales du ressort à lame; la figure il est une vue de c8té montrant un autre mode de réalisation de la présente invention; les figures 12 et 13 sont des graphiques montrant les variations de la répartition du moment d'inertie et du module de la section; et les figures 14( ) et 14(B) sont, respectivement, une vue de c8té et une vue en plan d'un ressort à lame classique du type corvette. En se référant aux figures t à 5, on voit que l'on y a représenté un ressort à lame 1 quis formé intégralement en matière plastique renforcée par des fibres, comprend un corps principal 2,analogue à une bande,et une nervure 3 s'étendant le long de la direction longitudinale et faisant saillie dans la direction de l'épaisseur du ressort à lame 1. Le ressort à lame 1 est conçu de manière telle que sa partie de base 4 peut être supportée par un moyen approprié (non représenté), tel qu'un système de suspension de véhicule, et que sa partie ter- minale libre 5 peut Otre accouplée au ceté de la carrosserie d'un véhicule au moyen d'une partie formant oeil 6 destinée k supporter la charge P. L'oeil 6 peut être formé par un élément métallique distinct du corps principal 2 et Stre fixé k ce dernier au moyen d'une vis, ou bien il peut ltre constitué par un élément en matière plastique faisant partie intégrante du corps principal 2. Le corps principal 2 a une largeur B sensiblement invariable sur toute sa longueur utile to, ainsi que des épaisseurs sensiblement invariables, tl et to,dans les parties correspondant, respectivement, à des portées d'une longueur 13 l'endroit de la partie de base 4 et d'une longueur It k l'endroit de la partie terminale libre 5. Une partie amincie 7 diminuant d'épaisseur en direction de la partie de base 4 s'étend sur une longueur 12 entre la partie de base 4 et la partie d'extrémité libre 5. La nervure 3 a une largeur b sensiblement invariable sur toute sa longueur utile Jo, ainsi qu'une épaisseur To sensiblement invariable à l'endroit de la partie de base 4. Une partie amincie 8 diminuant d'épaisseur en direction de la partie terminale-libre 5 stétend sur la longueur e2. Dans le ressort à lame 1, la superficie b(Tx - tx) de la section droite de la nervure 3 est calculée en fonction de la superficie Btx de la section droite du corps principal 2 de manière que la superficie totale de la section droite Btx + b(Tx-- tx) du corps principal 2 et de la nervure 3 soit sensiblement invariable sur toute la longueur utile (voir figure 4). En utilisant les symboles indiqués, on obtient la relation Bto = Btx + b(Tx - t) = Btl + bTo..... (1) On va supposer, pour une meilleure compréhension, que B, b, to, t1 et To sont constants et que t = T0/T etie = b/B. Alors l'équation (1) peut Stre écrite sous la nouvelle forme suivante - to= (i -)tx + Tx * 1 + "T.... (2) A partir de ltéquation (2), on peut obtenir %o/T = 1 ±( P- -. t0MT = I +" fonction des équations (3), (4) et (5). Remarque s Démontration de l'équation (5) Du fait que la superficie de section droite du ressort à lame est invariable, on a: Bto = Btx + b(Tx - tx) = (B - b)tx + bTx. En remplaçant dans le terme de droite de l'équation ci-dessus Tx par sa valeur donnée par l'équation (4), on obtient s Bto = (B - b)tx + blio + (T - to)(x - l)/ú2, et par conséquent s t= o b(T - O) ( - En remplaçant dans eotte équation t0 par sa valeur (t1 + "13T) donnée par l'équation (2), on obtient s b(T - to) b(T - S1 - " "T) b - B -B b-/ Du fait que T = T_ et que T - t1 = TO, comme on peut l TO(1 -) f-1 = Il en résulte que z tx = to - 0 eT(x - f1)/Q2.. (5) Le rapport entre le moment d'inertie Io0 la partie terminale libre 5 du ressort à lame 1 et le moment d'inertie I k la partie de base 4, et le rapport entre lemindule de section Z0 à la partie d'extrémité libre 5 et le module de section Z à la partie de base 4 sont donnés, si on utilise les symboles définis ci-dessus, respectivement par s IO = 1- ( __ _ _ _2, et.... (6) Z0 -{1_ -(1 -6)32(1 - 5.... (7) Ici: A= 4t1 - "(t -5)U0( _")3(t)+@ - 3t(1 _)2(1 _ p) +a2.... (8) Les figures 12 et 13 montrent la relation entre ' et les rapports IO0/I et Z0/Z avec A comme paramètre. Comme on peut le voir d'après ces graphiques, on peut fixer sélectivement les rapports IO/I et Zo/Z sur une large plage en choisissant de façon appropriée les valeurs e Lorsque la charge verticale P est appliquée à l'extré- mité libre du ressort en forme de cantilever, le moment de flexion M à une distance X de l'extrémité fixe est donné par s M = -P( - z), et la valeur maximale i de la contrainte de flexion engendrée par le moent de flexion M est s 6 = I-P(l - x)l / Z. e... (9) Du fait que l'on peut modifier Z en fonction de la variation de la distance x, la valeur 1 de l'équation (9) peut être maintenue sensiblement invariable dans n'importe quelle posi- tion. On peut donc obtenir un cantilever d'une rigidité uni- forme. On comprendra que, dans l'esprit de la présente invention, il faut modifier Z en maintenant la largeur B sensiblement constante et en faisant varier Tx, tx et b. Ceci est également valable pour I. Par conséquent, on peut rendre uniforme la répartition des contraintes et on peut réduire le poids du ressort k lame obtenu. En outre, il est possible de fabriquer en série de ressorts k lame en FRP présentant un module de Young invazable en raison de la superficie de section droite invariable. A titre d'exemple, on a formé un ressort à lame ayant une constante élastique de 8 kg/mm à l'aide d'une matière plastique renforcée par des fibres présentant un module de Young E de 4200 kg/mm2 et un poids spécifique Y de 1,92, en utilisant Lo = 570 mm et P = 1300 kg. La contrainte maximale j- (kg/mm2) et le poids brut Y (kg) de cet exemple obtenu avec l'utilisation de B = 60 et T = 28 sont indiqués dans la divi- sion A du tableau ci-dessous. Division 4W A 54,0 2,79 (12,7 %) B 54,8 3,41 (15,5 %) C 57,0 4,76 (21,6 %) D 85,0 22,0 (100,0 %) Dans ce tableau, les divisions B et C représentent des témoins formés avec une matière plastique renforcée par des fibres ayant les mêmes propriétés que la matière utilisée pour l'exemple mentionné ci-dessus" L'échantillon d'essai B est un ressort à épaisseur décroissante dont la configuration de section droite est maintenue rectangulaire et dont la superficie -20 de section droite est invariable, tandis que l'échantillon d'essai C a une structure composite obtenue par combinaison de deux ressorts à lame ayant chacun une largeur invariable (60 mm) et une épaisseur invariable (18 mm). Dans l'échantillon d'essai B. la largeur et l'épaisseur de la partie de base sont 60 mm et 26 mm, respectivement, tandis que la largeur de la partie terminale libre atteint 152 mm. En outre, la contrainte maximale et le poids de l'échantillon d'essai B sont supérieurs à ceux de l'exemple A, et ceux de l'échantillon d'essai C sont encore plus grands. Dans le tableau, la division D représente un exemple fabriqué en acier (E = 21000 kg/mm2, r = 7,85) en conformité avec les conditions précitées. On a obtenu cet exemple en assemblant neuf ressorts à lame ayant chacun une largeur invariable (60 mm) et une épaisseur invariable (7 mm) (de longueur différente). La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit cidessus. Par exemple, le ressort à lame 1 peut être fabriqué en n'importe quelle matière appropriée autre qu'une matière plastique renforcée par des fibres. En outre, il n'est pas indispensable que la largeur b de la ner- vure 3 soit invariable, et cette largeur peut varier le long de la longueur comme illustré sur les figures 6(A), 6(B) et 6(C). Enfin, on peut choisir arbitrairement la configuration de la section ou le nombre de nervures. Comme représenté sur la figure 7, on peut former, par exemple, deux nervures à raison d'une sur chaque côté du corps principal 2 au droit de sa largeur. Dans une variante, comme représenté sur la figure 8, on peut former une pluralité de nervures espacées les unes des autres. Par ailleurs, comme représenté sur les figures 9 ou 10, la nervure peut avoir une configuration de section droite curviligne ou ondulée. Dans n'importe lequel de ces cas, on peut former la ou les nervures sur un seul ou sur les deux côtés du corps principal 2 au droit de son épaisseur. En outre, comme représenté sur la figure 11, on peut assembler le ressort à lame t selon la présente invention à un autre ressort à lame 10 en acier ou en matière plastique renforcée par des fibres. -Comme on l'a décrit ci-dessus, la présente invention est caractérisée par le fait que l'on forme sur le corps prin- cipal d'un ressort à lame ayant une largeur sensiblement inva- riable une partie,dont l'épaisseur varie en fonction de la longueuret une nervure longitudinale faisant partie intégrante dudit corps et que la superficie de la section de la nervure est établie en fonction de celle du corps principal de manière que la superficie de section totale du corps principal et de la nervure soit sensiblement invariable en n'importe quel point ou position de la longueur. On peut donc réaliser un ressort à lame présentant un faible poids et une répartition uniforme des contraintes, ce ressort n'étant pas encombrant et ne gênant pas, pendant le fonctionnement, tout autre matériel ou organe con- nexe, tel qutun cible de frein et un amortisseur, grâce à sa largeur sensiblement invariable, ce ressort pouvant tre 9 2496808il fabriqué facilement en série sous la forme d'une pièce en matière plastique renforcée par des fibres à module de Young invariable et convenant particulièrement pour être utilisé dans un système de suspension de véhicule ou autre système analogue. I r9a REVENDICATIONS 1. Ressort à lame en matière plastique renforcée par des fibres, comprenant un corps principal (2) et une nervure (3), caractérisé par le fait que ledit corps principal comprend une partie (7) qui est amincie de manière telle que l'épaisseur dudit corps principal varie d'une façon continue le long de la direction longitudinale de ce corps et que ladite nervure fait saillie dudit corps principal dont elle fait partie intégrante dans la direction de l'épaisseur de ce corps en s'étendant le long de la direction longitudinale dudit corps principal de telle sorte que la superficie de la section totale dudit corps principal et de ladite nervure et la largeur dudit corps prin- cipal soient maintenues sensiblement invariables en n'importe quelle positien le long de la direction longitudinale. 2. Ressort à lame suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la largeur de ladite nervure est invariable. 3. Ressort à lame suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la largeur de ladite nervure varie progressivement le long de-la direction longitudinale. 4. Ressort à lame suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite nervure est formée sur l'un et l'autre cOté dudit corps principal au droit de la largeur de ce corps. 5. Ressort à lame suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que plusieurs desdites nervures sont formées à intervalles sur ledit corps principal au droit do la largeur de ce corps. 6. Ressort à lame suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la section de ladite nervure a une forme curviligne. 7. Ressort k lame suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la section de ladite nervure a une forme ondulée.