Brevet FR2517389A1 — publié le 19830603

r D>sposi r} f X 'a: iculati:on operectionné" i i Tveritisn concerne des perfectionnemlents apportes aux dipositifs di articulation destinés à accoupler elastiquc P Lent u e aire d Jorú:anes, et en particulier aux dis- positifs d'artculationr qui reprennent tout mouvement de pivo- tement relatif entre les organes. ar sréente inventionr a prou objet un dispositif d arti- culation destiné à accoupler élastiqueient un premier organe muni d'un corps et d'au moins deux bras qui s'étendent à partir du corps dans une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal du dispositif d'articulation et sont radiale- ment écartés de cet axe longitudinal, un second organe dispose radialement à i'intérieur desdits bras, le dispositif d'articulation comprenant une surface courbe interne sur le corps du premier organe, une surface courbe externe sur le second organe, opposée à la surface courbe interne et axiale- ment écartée de cette dernière, ainsi qu'un organe comprenant des éléments en elastomère qui remplit sa fonction entre ledites surfaces courbes. Les surfaces courbes peuvent être en partie cylindriques mais de préférence elles sont en partie sphériques afin de permettre un mouvement de pivotement relatif entre les organes dans toutes directions sur 360 autour de l'axe longitudinal du dispositif d'articulation, c'est-à-dire un mouvement omnidirectionnel dans tout plan qui contient l'axe longitudinal du dispositif d'articulation. De préférence, les surfaces courbes ont un axe central commun (lorsqu'elles sont en partie cylindriques) ou un centre de courbure commun (lorsqu'elles sont en partie sphériques). Avantageusement, les bras du premier organe sont uniformément écartés dans une direction circonférentielle et les extrémités libres des bras peuvent être agencées afin d'être reliées à un organe de fixation commun afin de fixer les bras à l'un des deux composants qui doivent être reliés par le dispositif d'articulation. L'organe comprenant des éléments en élastomère comprend avantageusement un palier lamifié constitué de couches alternées de matièresélastomèrespar exemple de caoutchouc, et de matières de renforcement sensiblement Inextensibles, par exemple des plaques métalliques, mais il peut être cons- titué d'une matière élastomère seulement Le palier présente des faces d'extrémité dont le profil est complémentaire de celui des surfaces courbes, et lorsqu'il est d'une structure lamifiée, les couches individuelles ont un profil courbe simi- laire Les faces d'extrémité du palier peuvent être adhérisées aux surfaces courbes ou attachées à des bagues métalliques d'extrémité qui sont fixées aux surfaces courbes par touts moyens connus. Le palier, qui peut présenter une ouverture centrale, servant d'évent afin d'empêcher l'emprisonnement d'air pendant le moulage du palier, peut être d'une seule pièce ou être constitué de plusieurs segments individuels. Deux des dispositifs d'accouplement peuvent être disposés dos-à-dos, de sorte que les bras des premiers organes soient intercalés les uns avec les autres et s'étendent dans des sens opposés, et que les seconds organes soient positionnés dans un évidement formé entre les corps des premiers organes et les bras s'étendant axialément. L'invention sera à présent décrite de manière plus détaillée, à titre d'exemple seulement, en référence aux figures annexées dans lesquelles la figure 1 représente une coupe longitudinale d'un dispositif d'articulation connu, la figure 2 représente une coupe longitudinale d'un premier exemple de dispositif d'articulation selon la présente invention, la figure 3 représente une coupe longitudinale d'un second exemple de dispositif d'articulation selon la présente invention, la figure 4 représente une variante de réalisa- tion du palier lamifié destiné à être utilisé dans des dispo- sitifs d'articulation du type représenté sur les figures 2 et 3. 7389 Un exemple de réalisation de dispositif d'arti- culation connu, représenté sur la figure 1 des figures anne- xées, destiné à accoupler élastiquement une paire d'organes rigides 1 et 2, comprend une surface 3 externe, en partie sphérique, sur un corps 4 d'un organe interne 1 et qui est axialement alignée avec une surface 5 interne en partie sphérique d'un organe externe 2, les deux surfaces 3 et 5 étant opposées l'une à l'autre, ainsi qu'un palier lamifié 6 sphérique et annulaire remplissant sa fonction entre les surfaces opposées 3 et 5 et relié à ces surfaces Les surfaces 3 et 5 ont un centre de courbure commun. L'organe interne 1 est destiné à être relié à un composant (non représenté) par l'intermédiaire d'une tige 7 solidaire du corps 4 et qui fait saillie dans une ouverture 1 S centrale 8 dans la face d'extrémité de l'organe 2 et est coaxiale avec l'axe longitudinal du dispositif d'articulation. L'organe 2 est destiné à être relié à un second composant (non représenté) par tous moyens convenables (non repré- sentés) par exemple par boulonnage, par soudage, etc. Le palier lamifié 6 comprend plusieurs bagues annulaires en partie sphériques constituées de couches d'élas- tomère 6 a et de plaques de renforcement rigides 6 b disposées en alternance et de sorte que les bagues d'extrémité présen- tent un profil complémentaire à celui des surfaces opposées 3 et 5. En fonctionnement, les charges axiales dévelop- pées par exemple par une force de traction appliquée sur la tige 7 dans la direction de la flèche A sont reprises par le palier 6 qui est sollicité en compression, et une déviation conique de la tige 7 dans toutes directions sur 360 autour de l'axe longitudinal du dispositif d'articula- tion est reprise par le palier 6 qui est sollicité en cisail- lement. En se référant à présent à la figure 2, un premier exemple de dispositif d'articulation selon la présente invention, destiné à accoupler élastiquement une paire d'organes rigides 11 et 12, est représenté et comprend une surface externe en partie sphérique 13 sur l'organe interne 11, et qui est axialement alignée avec une surface interne en partie sphérique 15 sur un corps 14 de l'organe externe 12, les surfaces 13 et 15 étant opposées l'une à l'autre, et un palier lamifié 16 annulaire et sphérique remplit sa fonction entre les surfaces opposées 13 et 15 auxquelles il est relié Les surfaces 13 et 15 ont un centre de courbure commun. L'organe externe 12 comprend une paire de bras 17, diamétralement opposés et solidaires du corps 14, et qui s'étendent dans une direction parallèle à l'axe longitudinal central du dispositif d'articulation destiné à relier l'organe 12 à un composant (non représenté), les bras 17 étant radiale- ment écartés de cet axe longitudinal L'organe interne 11 est agencé afin de pouvoir être relié à un second composant (non représenté) par tous moyens convenables connus, par exemple par boulonnage, par soudage, etc. Le palier lamifié 16 comprend plusieurs bagues annulaires en partie sphériques constituées de couches d'élastomère 16 a et de plaques de renforcement rigides 16 b disposées en alternance et de sorte que les bagues d'extrémité présentent un profil complémentaire à celui des surfaces opposées 13 et 15. En fonctionnement, les charges axiales dévelop- pées par exemple par une force de traction appliquée sur les bras 17 dans le sens de la flèche B sont reprises par le palier 16 sollicité en compression, et des flexions ou dévia- tions coniques des bras 17 dans toutes directions sur 3600 autour de l'axe longitudinal du dispositif d'articulation sontreprisespar le palier 16 sollicité en cisaillement. Les dispositifs d'articulation représentés sur les figures 1 et 2 et décrits ci-dessus sont chacun adaptés aux applications dans lesquelles des charges de traction sont appliquées sur la tige 7 de l'organe interne 1 dans le cas du dispositif d'articulation selon la figure 1 et aux bras 17 de l'organe externe 12 dans le cas du dispositif d'articu- lation selon la figure 2, et l'autre organe est attaché à une structure Fixe L' une de ces applications consiste en la fixation des extrémités d'une Ligne d'ancrage à une plate- forme flottante de forage pétrolier et au fond sous-marin respectivement, lorsque La ligne d'ancrage est soumise à des forces de traction et a des flexions variables. Cependant, il résulte d'une comparaison des dis- positifs d'articulation que la tige 7 de l'organe interne 1 du dispositif d'articulation de la figure 1 limite l'espace disponible pour le montage du palier 6 alors qu'une telle 0 limitation spatiale ne se présente pas dans le dispositif d'articulation de la figure 2, dans lequel les bras 17 sont radialement écartés de l'axe longitudinal du dispositif d'articulation Ainsi, si l'on suppose que le dispositif d'articulation selon la figure 1 doit reprendre la même charge axiale que le dispositif selon la figure 2, le rayon R de la surface courbe 3 doit dépasser le rayon r de la surface courbe 13 d'une valeur suffisante pour assurer que les surfaces sur lesquelles les paliers 6 et 16 remplissent leurs fonctions sont les mêmes En conséquence, il est clair que le dispositif d'articulation de la figure 1 présentera un encombrement supérieur à celui du dispositif d'articula- tion selon la figure 2 pour une charge donnée. Un autre avantage qui résulte de ce que le rayon de la surface courbe de l'organe intérieur du dispositif d'articulation selon la présente invention est inférieur à celui qui lui correspond dans un dispositif d'articulation connu est que, pour une déviation conique, le mouvement relatif entre les couches successives d'élastomère et de plaques de renforcement dans le palier lamifié est inférieur dans le dispositif d'articulation selon la présente invention au mouvement relatif correspondant dans le dispositif d'arti- culation connu représenté sur la figure 1. En conséquence, les couches d'élastomère dans le dispositif d'articulation selon la présente invention peuvent être plus fines, ce qui, en combinaison avec la réduction globale de taille contribue à des économies de réalisation, si on compare sa réalisation à celle du dispo- 17389 sitif connu De plus, la durée de vie du palier 16, notamment en ce qui concerne la fatigue occasionnée par les flexions coniques, est améliorée en raison de la réduction des mouve- ments relatifs entre les couches successives d'élastomère et les plaques de renforcement pour une déviation conique donnée. Un second exemple de dispositif-d'articulation selon la présente invention est représenté sur la figure 3 et comprend essentiellement deux dispositifs d'articulation représentés sur la figure 2, disposés dos-à-dos, et les mêmes numéros de référence sont utilisés pour indiquer les parties correspondantes. Comme représenté, le dispositif d'articulation est capable de reprendre les charges axiales développées par des forces de traction appliquées sur les bras 17 dans le sens C et sur les bras 17 ' dans le sens D opposé au sens C. Le dispositif d'articulation peut en conséquence être utilisé comme liaison intermédiaire, par exemple dans une ligne d'ancrage, ou comme liaison d'extrémité dans laquelle une paire des bras 17 ou 17 ' est reliée à une structure fixe. En plus de cela, la disposition dos-à-dos des dispositifs d'articulation augmente la déviation conique qui peut être reprise si on la compare avec celle qui est permise par l'un quelconque des deux dispositifs d'articulation, pris individuellement, en permettant de répartir une déviation conique entre les paliers 16 et 16 ' de sorte que la déviation conique totale ne soit pas appliquée à un seul palier. La figure 4 représente une variante de réalisa- tion de palier lamifié destiné à être utilisé dans les dispo- sitifs d'articulation du type représenté sur les figures 2 et 3, et dans lequel les couches d'élastomère et les plaques de renforcement ont un profil en partie cylindrique Dans un dispositif d'articulation assemblé et qui comprend le palier représenté sur la figure 4, les surfaces opposées 13, 15, 13 ' et 15 ' sur les organes internes et externes présentent des profils complémentaires en partie cylindriques qui permettent un mouvement de rotation relative entre les organes 2 % 7389 autour de l'axe central du palier, c'est-à-dire un mouvement relatif dans un plan qui contient l'axe longitudinal du dis- positif d'articulation. Le palier en partie cylindrique peut être réali- sé d'une seule pièce, comme cela est représenté en traits pleins sur la figure 4, ou divisé en deux ou plus de deux segments, comme représenté en traits interrompus sur la figure 4. On comprendra que l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits Par exemple, l'organe externe ou chaque organe externe de réalisation selon les figures 2 et 3 peut présenter trois bras ou plus de trois bras s'étendant axialement et uniformément écartés en direction circonférentielle autour de l'axe longitudinal du dispositif d'articulation. Le nombre de couches alternées d'élastomère et de plaques de renforcement, et leur épaisseur, peuvent être modifiées, afin d'obtenir un palier ayant -la capacité de charge désirée, et pour certaines applications, les plaques de renforcement peuvent être omises Le palier, ou chacun d'eux, peut être attaché à l'une des surfaces opposées, ou à chacune d'elles, par des moyens conventionnels, par exemple par adhérisation, soudage, ou par des moyens mécaniques. Les paliers sphériques 16 et 16 ' peuvent présen- ter une ouverture centrale telle que celle représentée, ayant des dimensions relativement faibles, o l'ouverture peut être omise. Les bras de l'organe externe, ou de chacun d'eux, peuvent être d'une seule pièce avec le corps associé, comme décrit ci-dessus, ou réalisés séparément et fixés au corps par tous moyens convenables, par exemple par boulonnage, par soudage, etc Les bras de l'organe externe ou de chacun d'eux peuvent être parallèles à l'axe longitudinal du dispo- sitif d'articulation ou inclinés par rapport à ce dernier. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'articulation destiné à accoupler élastiquement un premier organe et un second organe, caracté- risé en ce que le premier organe ( 12) comprend un corps ( 14) et au moins deux bras ( 17) s'étendant à partir du corps ( 14) dans une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal du dispositif d'articulation et radialement écartés de cet axe longitudinal, que le second organe ( 11) est disposé radia- lement à l'intérieur desdits bras ( 17) et qu'un organe comprenant des éléments en élastomère ( 16) remplit sa fonction entre une surface courbe interne ( 15) du-corps ( 14) du premier organe ( 12) et une surface courbe externe ( 13) du second organe ( 11), la surface externe ( 13) étant opposée à la surface courbe interne ( 15) et axialement écartée de cette dernière. 2 Dispositif d'articulation selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les surfaces courbes ( 13,15) sont en partie cylindriques et ont un axe central commun. 3 Dispositif d'articulation selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les surfaces courbes ( 13,15) sont en partie sphériques et ont un centre de courbure commun. 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les bras ( 17) du premier organe ( 12) sont uniformément écartés en direction circonférentielle. Dispositif d'articulation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les extrémités libres des bras ( 17) du premier organe ( 12) sont destinées à être reliées à un organe de fixation commun. 6 Dispositif d'articulation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'organe compre- nant des éléments en élastomère comprend un palier lamifié ( 16) constitué de couches alternées d'une matière élastomère ( 16 a) et d'une matière de renforcement inextensible ( 16 b). 7 Dispositif d'articulation selon la revendi- cation 6, caractérisé en ce que le palier ( 16) présente des faces d'extrémité dont le profil est complémentaire de celui des surfaces courbes ( 13,15) et que les couches individuelles ( 16 a,16 b) ont des profils courbes similaires. S Dispositif d'articulation selon la revendica- tion 6, caractérisé en ce que le palier ( 16) présente une ouverture centrale, 9 Dispositif d'articulation comprenant deux dispositifs d'articulation selon la revendication 1, disposés dos-à-dos et tels que les bras ( 17417 ') des premiers organes ( 12,12 ') sont intercalés les uns avec les autres et s'étendent dans des sens opposés, et que les seconds organes ( 11,11 ') - sont disposés dans un évidement formé entre les corps ( 14,14 ') des premiers organes ( 124 t 2 ') et les bras ( 17417 ') s'étendant axialement.