Brevet FR2497173A1 — publié le 19820702

La présente invention concerne les butées lami- fiées constituées par un empilement de couches alternées de matière souple, par exemple élastomère, et d'un matériau résistant et rigide. On sait que l'aptitude d'un organe comportant une certaine épaisseur de matière souple et élastique à supporter une charge de compression peut être multipliée par un facteur élevé par incorpora- tion de couches parallèles distantes d'un matériau non extensible. Simultanément, l'élasticité dans cette direc- tion perpendiculaire est réduite de façon correspondante. Pour une épaisseur de matière souple et élastique donnée, l'élasticité sous l'action des forces de compression diminue progressivemnt lorsque le nombre de couches augmente. Simultanément, la charge de compression qui peut être supportée dans cette direction augmente en proportion. L'aptitude de la matière souple à se déformer en rotation, le long des couches, n'est pratiquement pas affectée cependant par la présence des cou- ches intermédiaires de matériau inélastique. On sait donc réaliser des butées qui présentent une forte rigidité à l'écrasement en direction perpendicu- laire aux couches mais admettant des déformations impor- tantes dans le plan des couches, sans que les propriétés élastiques et/ou viscoélastiques de la matière souple soient modifiées. On utilise couramment de telles butées lamifiées dans les diverses articulations des rotors d'hélicoptères, étant donné leurs excellentes propriétés. Cependant, on cons- tate que ces butées présentent une certaine fatigue lors- qu'elles subissent des mouvements alternés axiaux et angu- laires combinés. La tenue à la fatigue d'une telle butée dé- pend essentiellement des contraintes de compression et des sollicitations dynamiques et statiques combinées auxquelles elle est soumise. Le brevet redélivré des Etats-Unis d'Amérique no 30 262 décrit une butée lamifiée de forme courbe dont la tenue à la fatigue est excellente. Le perfectionnement dé- crit dans ce brevet repose sur la constatation du fait que la fatigue préférentielle se manifeste dans la couche inter- ne de matière souple qui a le plus petit rayon. Selon ce brevet, la fatigue de cette couche interne est réduite par une meilleure répartition des efforts. Selon ce brevet, les couches de matière souple sont sous forme de calottes sphé- riques dont les épaisseurs croissent progressivement vers l'extérieur. Ce perfectionnement se révèle effectivement ef- ficace et il est avantageux que les butées lamifiées selon l'invention le comportent aussi. On a aussi constaté que non seulement les efforts n'étaient pas régulièrement répartis de l'intérieur vers l'extérieur mais aussi que, dans une même couche de matière souple, ilsn'étaient pas les mêmes au centre et vers les bords. Si on analyse la répartition des contraintes de com- pression dues à un effort d'écrasement et l'amplitude de la déformation de la matière souple due à une rotation de la butée, on constate que les contraintes de compression sont maximales au centre de la butée et minimales à sa périphérie alors que, à l'inverse, l'amplitude de la dé- formation est maximale à la périphérie de la butée et mi- nimale au centre. L'invention concerne plus précisément une amé- lioration de la tenue à la fatigue de telles butées lors- qu'elles sont soumises à des sollications dynamiques dont les déformations comportent une rotation. L'augmentation de la durée de vie est obtenue par disposition d'une plus grande épaisseur de matière souple dans les zones o l'amplitude de la déformation est la plus importante, ces zones étant les plus éloignées de l'axe de rotation. Inversement, dans les zones o l'amplitude de la déformation est plus faible, les épaisseurs de matière sou- ple sont plus faibles afin que la résistance et la rigidité à l'écrasement soient améliorées. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 179 400 décrit un ressort de torsion formé par empilement, entre deux armatures tronconiques, de couches alternées de ma- tière souple et de matériau résistant et inélastique. Selon ce brevet, les armatures interne et externe sont parallèles et la variation d'épaisseur des couches de matière souple, croissant de l'intérieur vers l'extérieur, est obtenue par variation d'épaisseur des couches de matériau rigide, dé- croissant de l'intérieur à l'extérieur. Cette réalisation présente des inconvénients car elle nécessite la réalisation, pour la formation des couches de. matériau résistant et rigi- de, d'éléments ayant une épaisseur-qui varie. Il n'est donc pas possible de réaliser des organes par simple emboutis- sage de tôles. L'invention remédie aux inconvénients du dispositif décrit dans ce brevet par utilisation de couches correspon- dant sensiblement à des calottes sphériques dont les centres de courbure sont décalés suivant un axe de symétrie de la butée lamifiée. Plus précisément, l'invention concerne une butée lamifiée de forme courbe et symétrique autour d'un axe, du type qui comprend une armature interne présentant une surface convexe et une armature externe présentant une surface concave, des couches alternées de matière souple et de matériau résistant et rigide étant disposées entre les deux armatures; dans chaque plan axial, les rayons de cour- bure moyens des couches successives de matière souple augmentent plus vite que la somme des épaisseurs mesurée à partir de l'arma- ture interne si bien que ces couches ont une épaisseur variable suivant leur étendue, L'épaisseur augmente donc de la région voisine de l'axe vers les bords. Il est avantageux que la butée lamifiée de forme courbe soit du type dans lequel les épaisseurs des couches successives de matière souple sont de plus en plus grandes dans le sens de l'armature intérieure vers l'armature ex- térieure. Il est avantageux que les surfaces convexe et con- cave des armatures soient des portions de surfacessphériques et soient disposées autour d'un même axe de symétrie, les couches alternées successives étant limitées elles aussi par des portions de surfaces sphériques, les centres de ces por- tions de surfaces sphériquesétant disposés de plus en plus du côté de l'armature interne lorsque les couches sont dis- posées de plus en plus du côté de l'armature externe. Il est avantageux que les couches de matériau rigide aient une épaisseur constante et que seules les couches de matériau souple aient une épaisseur variable. De cette manière, les couches de matériau rigide peuvent être formées par simple emboutissage d'une tôle. En outre, il est avantageux que le matériau ré- sistant, rigide et inextensible des couches soit un métal ou une matière plastique armée, et que la matière souple soit un élastomère. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure l est une coupe axiale d'une butée lamifiée de forme courbe de type connu; et - la figure 2 est une coupe axiale d'une butée lamifiée de type courbe selon l'invention. La figure 1 représente une butée lamifiée de type courbe connue, comprenant une armature interne 10 ayant une surface hémisphérique 12 de rayon Ri. Une armature externe 14 a une surface concave 16 de rayon Re. Entre les deux armatures, des couches alternées 18 de matériau résistant et rigide et 20 de matière souple sont empilées. Les cou- ches de matériau résistant et rigide 18 sont avantageuse- ment formées par des coupelles embouties d'épaisseur rela- tivement faible et sensiblement constante. Il s'agit par exemple de coupelles d'acier. Il peut cependant aussi s'agir d'une matière plastique armée de fibres de verre par exemple. Les couches 20 de matière souple sont avantageuse- ment formées d'un élastomère et on note que l'épaisseur de ces couches augmente progressivement de l'armature interne a l'armature externe 14. Cette butée a donc le perfection- nement décrit précédemment en référence au brevet redélivré des Etats-Unis d'Amérique n0 30 262. La figure 2 représente une butée lamifiée analo- gue à celle de la figure 1 mais comprenant le perfectionne- ment selon l'invention. Sur la figure 2, l'armature interne 10 ayant une surface convexe 12 et l'armature externe 14 ayant une surface concave 16 sont semblables aux éléments correspondants de la butée de la figure 1. Par contre, les couches alternées sont différentes. En effet, elles compor- tent des couches 22 d'un matériau résistant et rigide et des couches 24 d'une matière souple. Les couches 22 de matériau résistant et rigide sont encore formées par des coupelles embouties, avanta- geusement d'acier, ayant une épaisseur sensiblement constante. Cependant, alors que, dans la butée de la figure 1, les cen- tres de courbure de toutes les coupelles 18sont contondus en un même point O, les centres de courbure des différentes coupelles 22 du mode de réalisation de la figure 2 sont dé- calés. Plus précisément, sur la figure 2, le point 26 re- présente le centre de courbure de la surface convexe de l'ar- mature interne 10. Le point 38 représente le centre de courbure de la surface concave de l'armature externe 14. En- tre ces deux points, les centres de courbure 28, 30, 32, 34 et 36 des différentes coupelles 22 sont échelonnés si bien que les espaces séparant deux coupelles ou une coupelle et la surface d'une armature adjacente n'ont pas une épaisseur constante. Comme les centres de courbure s'écartent pro- gressivement de plus en plus du côté de l'armature interne lorsque les coupelles sont placées de plus en plus du côté de l'armature externe, les espaces délimités ont donc une épaisseur minimale au voisinage de l'axe 40 de symétrie de la butée et une épaisseur maximale vers les bords. Ainsi, selon l'invention, l'épaisseur de la matière souple est mi- nimale à l'endroit o les contraintes de compression sont maximales et est maximale à l'endroit o les déformations ont une amplitude maximale. On soumet les deux butées lamifiéesreprésentées sur les figures l et 2 à des essais simulant une utilisation dans un rotor d'hélicoptère, c'est-àdire des essais au cours desquels les armaturesprésentent des mouvements mutuels al- ternés axiaux et angulaires combinés. On constate que la tenue en fatigue de la butée selon l'invention est pratique- ment égale au double de celle de la butée lamifiée de type connu. L'armature interne et l'armature externe peuvent être en toute matière ayant une résistance mécanique conve- nable, et elles sont en général formées d'un métal. Les couches de matériau résistant et rigide sont formées d'une matière inextensible qui est le plus souvent un métal. La matière souple peut être avantageusement un élastomère. Il convient êvidenment que l'élastomère adhère partout moyen connu sur le matériau résistant et rigide des coupelles intermédiaires et des armatures. Bien qu'on ait indiqué que les couches de matière souple étaient formées d'un élastomère, la matière des dif- férentes couches peut évidemment ne pas être la même. La fabrication des butées lamifiées de forme cour- be selon l'invention ne pose pas de problèmes techniques particuliers. En effet, la fabrication des butées de type classique met en oeuvre des peignes qui supportent les cou- pelles et les maintiennent en position lorsque l'élastomère est injecté entre les coupelles. Lors de la fabrication des butées selon l'invention, seule la position relative des coupelles est modifiée, ce qui peut être réalisé par une adaptation mineure de l'appareillage de fabrication. Il est bien entendu que l'invention n'a été dé- crite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Butée lamifiée de forme courbe et symétrique au- tour d'un axe (40), du type qui comprend - une armature interne (10) présentant une surface convexe, - une armature externe (14) présentant une surface concave, et - des couches alternées (22, 24) de matière sou- ple et de matériau résistant et rigide, ladite butée étant caractérisée en ce que, dans chaque plan axial, les rayons de courbure moyens des couches succeE sives (24) de matière souple augmentent plus vite que la somme des épaisseurs mesurée à partir de l'armature interne. si bien que chaque couche (24) a une épaisseur croissant à partir de l'axe (40: 2. Butée selon la revendication 1, caractérisée en ce que les épaisseurs des couches successives (24) de matière souple sont de plus en plus grandes dans le sens allant de l'armature interne (10) à l'armature externe (14). 3. Butée selon l'une des revendications 1 et 2, ca- ractérisée en ce que la surface convexe (12) et la surface concave (16) des armatures sont des portions de surfaces sphériqueset sont disposées autour du même axe (40) de sy- métrie, et les couches alternées successives (22, 24) sont limitées par des portions de surfaces sphériques et sont disposées autour du même axe (40) de symétrie. 4. Butée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les couches (22) de matière rigide ont une épaisseur constante, et seules les couches (24) de matière souple ont une épaisseur variable. 5. Butée selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le matériau rigide des cou- chesest un matériau inextensible choisi dans le groupe qui comprend les métaux et les matières plastiques armées. 6. Butée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la matière souple est un élastomère.