Brevet FR2533506A1 — publié le 19840330

Support élastique antivibratoire La présente invention se rapporte à un support élastique antivibra- toire à dispositif amortissant incorporé, applicable notamment à la suspension de groupes motopropulseurs de véhicules automobiles. On sait que de tels supports élastiques ont pour rôle principal de filtrer les vibrations dâes aux imperfections d'équilibre du moteur A ce titre, ces supports doivent présenter une grande souplesse Malheureusement celle-ci conduit à une détérioration importante du confort sous l'effet des trépidations à basse fréquence, provenant de la route; ces dernières sont transmises du fait d'un amortissement insuffisant des supports généralement réalisés en élastomère En d'autres termes les caractéristiques souhaitées sont une rigidité statique bien définie, car le r 6 le premier d'un tel support est de porter la charge statique qui lui est appliquée un certain amortissement, lors des sollicitations de fréquences basses de 10 à 20 Hertz et d'amplitudes fortes de l'ordre de 0, 5 à 5 mm, afin de limiter les vibrations de la masse suspendue une faible rigidification dynamique aux hautes fréquences de 50 à 300 Hertz environ, afin de conserver de bonnes caractéristiques de filtrage de ces vibrations, génératrices de bruit. Une des propriétés des matériaux visco-élastiques du type élasto- mère est l'augmentation du taux de rigidification dynamique avec la fréquence, donc la dégradation progressive du filtrage des vibrations Cette augmentation est d'autant plus prononcée que le mélange est amortissant Les progrès réalisés dans la formulation des mélanges aboutissent souvent à des compromis acceptables. Toutefois, il semble que l'on atteigne actuellement la limite des possibilités d'amélioration par ce moyen. On connait déjà des dispositifs permettant de séparer la fonction 49398 11676 -2- "amortissement" de la fonction "rigidité" L'un d'entre eux associe un support élastique souple à un amortisseur, mais cette solution est coûteuse et inefficace pour amortir des oscillations de faibles amplitudes, du fait des frottements mécaniques dans les amortisseurs. De plus, l'implantation des amortisseurs peut être particulièrement difficile dans le volume exigu d'un compartiment moteur. D'autres solutions consistent à incorporer au support lui-même un moyen d'amortissement hydraulique ou pneumatique en utilisant les déformations du support lui-même pour déplacer un fluide à travers un orifice Ces solutions ne sont pas parfaitement satisfaisantes car elles ne prennent pas suffisamment en compte l'existence de vibrations d'amplitude différentes De plus, ces dispositifs pré- sentent généralement un encombrement important, n'apportent un gain d'amortissement que globalement suivant une seule direction de sollicitation et ne permettent pas l'obtention, généralement souhaitée par les constructeuisautomobiles d'un rapport donné des rigidités suivant deux directions perpendiculaires. La présente invention, qui pallie les inconvénients ci-dessus, est essentiellement constituée d'une enceinte souple en élastomère assurant la fonction "rigidité" et d'un volume de matériau facile- ment déformable, du type pâte à modeler, qui assure la fonction "amortissement". Ce matériau, que l'on appellera désormais "matériau amortissant" dissipe au moins partiellement l'énergie incidente nécessaire à sa dé- formation, qui peut se reproduire un nombre quasi-infini de fois, sains entrainer sa dégradation. L'invention sera décrite au regard des figures 1 à 10 ci-jointes, qui représentent à titre non limitatif: figure 1: une coupe transversale d'une réalisation de l'invention figure 2 et 3: deux courbes montrant l'incidence du matériau -3- amortissant sur la rigidité et l'amortissement en fonction des fréquences; figure 4: une première variante de l'invention, une vue en coupe transversale figure 5: un détail de la figure précédente, vue en coupe, mon- trant une modification d'un des éléments de dispositif, figure 6 à 10: des vues analogues d'un second type de variantes. En se rapportant à la figure 1, on voit que le support élastique antivibratoire selon l'invention est essentiellement constitué d'un bloc 1 tronconique, creux en élastomère, adhérisé lors de sa vulcanisation aux armatures rigides 2 et 3 Une armature infé- rieure complémentaire 4 est liée solidement et hermétiquement à l'armature 3 Les armatures 2 et 4 comportent des éléments mécani- ques permettant la fixation du support à son poste de travail Ces éléments mécaniques peuvent être des vis 6 soudée comme dans le cas de la figure 1 La chambre étanche 5 ainsi constituée est- remplie totalement ou partiellement d'un volume de matériau amor- tissant. Ce matériau possède une viscosité dynamique comprise entre 10 et l O 33 Poiseuille à température ambiante. De bons résultats ont été obtenus par exemple avec le matériau dénommé "Gomme GSIR" distribué pâr la Société RHONE-POULENC. Le matériau amortissant peut aussi être un fluide non newtonien et parmi ceux-ci cet"tins peuvent avoir des propriétés thixotropiques ou rhéopexique Par exemple, on pourra utiliser une dissolution de polyméthacrylate de méthyle dans une huile de synthèse appropriée ou un matériau comprenant au moins une phase liquide formée d'huile de silicone, de polyglycol, d'huile minérale et/ou d'un ester d'acide carbonique aliphatique ou aromatique, saturé, auquel est ajouté du graphite broyé et au moins un agent mouillant. 49398 11676 Ce remplissage s'effectue avant ou après fixation de l'armature 4 sur l'armature 3 Dans ce dernier cas, au moins une des armatures 2 ou 4 doit être munie d'un dispositif permettant le remplissage de la cham- bre 5, par exemple un orifice, qui doit assurer une étanchéité parfai- te de la chambre 5 après remplissage. Le support qui vient d'être décrit fonctionne de la façon suivante Les déformations de caoutchouc 1 s'effectuant à volume constant, tout déplacement relatif des armatures 2-3 entraine une déformation de la géométrie de la chambre 5 et par conséquence du matériau amortissant qu'elle contient, d'o un gain appréciable, sur la valeur de l'amortis- sement. On voit immédiatement que la valeur de ce gain dépend de l'amplitude du déplacement considéré du matériau amortissant utilisé, particulièrement de sa plus ou moins grande incompressibilité et de sa qualité amortissante pour un déplace- ment donné; - de la géométrie du bloc en élastomère Les essais ont montré que cel- le-ci a une importance considérable. On remarquera que le dispositif ci-dessus présente bien les avantages suivants: son encombrement est identique à celui des supports "tout caoutchouc" utilisés actuellement;, il apporte un gain d'amortissement quelle que soit la direction de la sollicitation sa rigidification dynamique est sensiblement égale à celle du bloc en élastomère, sous réserve de choisir convenablement le matériau amortis- sant et la géométrie du bloc 1 o 49398 1 16 i -5 - En effet, on comprend bien que le gain d'amortissement est très faible voire nul pour de très faibles amplitudes de vibrations puisque celles- ci n'entraînent que de très faibles déformations de la-chambre 5. il permet d'obtenir un rapport donné de rigidités suivant deux direc- tions perpendiculaires aussi facilement qu'avec les supports atout caoutchouc" utilisés actuellement sa simplicité garantit sa fiabilité sa réalisation industrielle est aisée et moins coûteuse que celle des solutions connues à ce jour. Pour illustrer ce qui précède, on a représenté aux figures 2 et 3, un schéma comparatif des réponses en fréquence du dispositif avec ou sans marériau amortissant. la figure 2 met en évidence que la présence de matériau amortissant dans le support entraine une augmentation de rigidité du dispositif et ce, quelle que soit la fréquence Cependant, ce gain de rigidité étant quasiconstant quelle que soit la fréquence d'excitation, il en découle que les deux courbes ont des pentes quasi-identiques et par conséquent, le matériau amortissant n'entraîne pas ou peu d'augmentation du taux de rigidification dynamique communément caractérisé par k 5 rigidité à 150 Hz "t"t = = 15 k rigidité à 15 Hz on obtient par conséquent bien un amortissement élevé en basses fréquen- ces tout en ne changeant pas ou peu le taux de rigidification dynamique. Une amélioration du dispositif ci-dessus est visible à la figure 4 Se- lon cette variante, le support comprend un bloc en élastomère 41 adhé- risé lors de sa vulcanisation aux armatures 42 et 43 Un élément en é- lastomère 45 est lié solidement et hermétiquement à un élément 46 appe- lé "tpiston", par exemple par adhérisation lors de la vulcanisation de llélément 45 ' Cet ensemble ( 45, 46) est lié solidement et hermétiquement à l'armature 42, par tout moyen connu, tel que sertissage, etc Un bottier 44 est -fixé à l'armature 43 en exerçant une contrainte perma- 4939 a 1 t 676 6 - manente sur l'élément 45 On constitue ainsi une chambre étanche 47 que l'on remplit comme précédemment d'un matériau amortissant La chambre 48 est étanche et remplie d'air Le support de la figure 4 fonctionne de la façon suivante Tout déplacement relatif des armatures 42 et 43 entraine un déplace- ment relatif du piston 46 dans la chambre 47 et par conséquent une dé- formation du matériau amortissant. Les avantages de ce dispositif par rapport à celui de la figure 1 sont les suivants: Une valeur plus élevée du gain d'amortissement: En effet, pour un déplacement relatif donné des armatures 42 et 43, la déformation du matériau amortissant est beaucoup plus importante, sous réserve de bien choisir la géométrie de l'élément 46 présent dans la chambre 47. Une dispersion plus faible sur l'amortissement: Elle est obtenue compte tenu des plus faibles dispersions dimensionnelles des éléments métalliques ( 44 et 46) par rapport aux éléments caoutchouc homologues de la figure 1 En effet, il est bien connu que, notamment, en ce qui concerne la rigidité d'un élément caoutchouc, la réalisation en série ne peut la respecter qu'à 15 % Tl en découle donc des dispersions importantes de la variation géométrique de la chambre 5 des dispositifs du type de la figure 1, pour un déplacement relatif donné des armatures 2 et 3 Avec les dispositifs du type de la figure 2, on élimine cet inconvénient puisque la chambre 47 et le piston 46 sont essentielle- ment rigides. On utilisera de préférence le dispositif du type de la figure 2, lors- que l'on recherchera des valeurs très élevées d'amortissement Ce ré- sultat sera obtenu en choisissant la géométrie du piston 46 dé façon à ce que la déformation du matériau absorbant soit maximale pour un déplacement relatif donné des armatures 42 et 43 Dans ce cas, l'amor- tissement sera important même si ce déplacement relatif est de très faible amplitude; ceci entraine donc une rigidité élevée pour des vi- brations à haute fréquence et par conséquent une légère dégradation du 25335 06 -7 - confort acoustique. Pour remédier à cet inconvénient, on améliorera cette première varian- te de l'invention en la modifiant dans lé sens de la figure 5 selon la- quelle le piston 46 de la figure 4 est remplacé par un dispositif ap- pelé "piston filtré", qui autorise des déplacements relatifs des par- ties 51-52 sans que le piston 53 ne déforme le matériau amortissant, ces déplacements relatifs étant étroitement liés au jeu mécanique, choisi arbitrairement, et réalisé lors de l'assemblage des parties 51 et 52. Selon cette réalisation, le piston 46 et sa tige de maintient consti- tuant une seule pièce, selon la figure 4, sont fractionnées en trois par- ties, respectivement 53, 52 et 51 Le piston proprement dit figuré par la partie 53, ainsi que la partie 52 qui lui fait face sont adhéri- ses à l'élément en élastomère 45 au moment de sa vulcanisation. La partie 52 constitue un container dont les rebords seront sertis, après introduction de la partie 51 de maintien à l'armature 42, évi- tant ainsi son dégagement ultérieur La base de ladite partie 51 pré- sente un évasement sur les faces duquel sont liées des cales en élas- tomère 55-56 destinées à assurer le centrage des deux parties 52-51. Le-dispositif ci-dessus autorise donc de faibles déplacements relatifs des parties 5 I-52 sans que le piston 53 ne déforme le matériau amor- tissant, d'o un faible amotissement et par suite une basse rigidité à haute fréquence Par contre, pour des déplacements plus importants (par exemple supérieurs à 0,2 mm) les cales en élastomère 55 et 56 s'aplatissent L'évasement inférieur de la partie 51 étant alors en butée sur la partie 52, l'entraine dans son déplacement, déformant alors le matériau amortissant par l'intermédiaire de l'élément 53, ce qui détermine ainsi un amortissement élevé. La disposition des figures 6 à 10 est une synthèse des variantes dé- crites aus figures 1 et 4-5, apportant des avantages de compacité. Ainsi, on retrouve à la figure 6 le bloc tronconique creux 1 en élas- tomère, adhérisé lors de sa vulcanisation aux armatures rigides 2-3, 49398 1 1676 -8- l'armature inférieure complémentaire 4 et les éléments de fixation 6. De la mgme façon, le volume creux 5 rempli totalement ou partiellement du matériau amortissant. Cependant, on remarquera dans ce volume la présence du piston 46 de la figure 4 travaillant comme dans le cas de cette figure, mais logé à l'intérieur du dispositif en élastomère, ce qui naturellement permet de gagner en compacité par rapport à la figure 4, du fait de l'absence du boîtier 44. La variante de la figure précédente illustrée aux figures 7 a et 7 b porte essentiellement sur le piston Sa base 77, réalisée de préférence en matière synthétique et, bien que monobloc, est constituée de trois parties à savoir deux butées 78 et un éléement 79 centré entre ces bu- tées et destiné à déformer le matériau amortissant La géométrie et l'épaisseur de cet élément central 79 sont choisis de façon à ce qu'il fléchisse lorsqu'on lui applique une force (voir figure 7 b) L'élément 77 est lié solidement à la queue de l'élément 76 (par moulage, collage, soudage par friction), ce cernier étant hermétiquement fixé à l'armatu- re 2. Le support ainsi réalisé fonctionne de la façon suivante: lors d'un déplacement relatif de faible amplitude de l'armature 2 par rapport à l'armature 3, l'élément central 79 de faible épaisseur fléchit sous la force résistante d e au matériau absorbant; ceci entraine peu de dé- formation de ce dernier et par conséquent peu d'amortissement, donc peu de rigidification Par contre lorsque ces déplacements ont des am- plitudes plus importantes, l'élément 79 de faible épaisseur vient au contact des butées 78 prévues à cet effet, qui se déplacent à leur 'tour dans le matériau amortissant, d'o un amortissement élevé. La représentation de la figure 7 c constitue une variante du dispositif précédent La base 77 du piston, de préférence en matière synthétique comporte trois disques 71-72-73 positionnés selon trois plans perpendi- culaires Le croisillon ainsi obtenu permet un gain d'amortissement quasi-identique dans toutes les directions et notamment en cisaillement. 49398 11676 La réalisation de ces dispositifs est peu coûteuse mais présente, des limites, car on voit que le piston déforme le matériau amortissant même pour de très faibles déplacements relatifs des armatures 2-3. D'autres dispositifs vont maintenant être décrits qui pallient l'incon- vénient précédent Selon ces systèmes, le piston du type "filtré" ne peut se déplacer, et donc déformer le matériau amortissant que s'il est en contact avec les butées prévues à cet effet En l'absence de ce con- tact, la seule déformation que peut subir le matériau amortissant est celle qui résulte de la déformation de la chambre 5- La réalisation de la figure 8 permet de désolidariser le piston 87 du dispositif élastique 1-2-3-4 pour les vibrations de faibles amplitudes. Le piston 87 possède un élargissement supérieur 83 bordé par une couron- ne 88 d'un matériau assurant un contact silencieux lorsque cette pièce vient butée, et un élargissement inférieur 86 de préférence en matière synthétique obtenue par moulage, permettant ainsi la réalisation de géo- mètrie très variées, les pièces 86 et 87 étant solidarisées notamment par soudage par friction. Le piston 86-87 se déplace dans la chambre 85 remplie partiellement ou totalement de matériau amortissant, tandis que sa partie supérieure 83 se meut dans une chambre 89 remplie d'air, constituée par 1 'armature 2 et une pièce 84 qui lui est solidarisée, comportant une dépression cen- trale ainsi qu'une ouverture de dimension adaptée au passage étanche de la partie 87 du piston. La précision d'usinage de ladite ouverture ainsi que l'utilisation éven- tuelle de matériauianti-friction adéquats pour l'une ou les deux pièces ci-dessus permettent d'optimiser le filtrage des vibrations de faibles amplitudes L'étanchéité entre ces deux pièces est encore améliorée se- lon la réalisation de la figure 9 qui ne diffère du dispositif précédent que par la présence d'une pièce de centrage 90 disposée sur l'élargisse- ment supérieur 83 du piston 87, à la place de la couronne 88. La pièce de centrage 90 est en élastomère et présente une bordure supé- rieure 91 et une bordure inférieure 92 prenant respectivement appui sur 49398 11676 _ 10 - l'armature 2 et la pièce 84. La structure particulière de cette pièce 90 évite que le piston 87 vien- ne en butée sur la pièce 84, quelle que soit la charge statique appli- quée au dispositif; ceci entraînerait alors un amortissement élevé pour les vibrations de faible amplitude, constituant un phénomène nui- sible en soi. Selon la figure 10, on s'attache à parfaire l'étanchéité entre la partie centrale 87 du piston et l'ouverture centrale de la pièce 84 On cons- tate que le support tronconique 100 en élastomère se prolonge par une zone 101 constituant un joint d'étanchéité entre les deux pièces pré- cédentes On remarquera que le joint 101 pourrait être en un matériau différent de celui du support 100, dans la mesure o ses caractéristi- ques de faible frottement seraient incompatibles avec la nature du sup- port 100 qui présente une faible rigidification dynamique Dans ce cas, le joint 101 serait rapporté, par exemple clipsé ou collé sur les bords de l'ouverture de la pièce 84. Notons encore que la pièce de centrage 90 peut, lé cas échéant, être adaptée sur l'élargissement supérieur 83 du piston, ce dernier pouvant par ailleurs présenter plusieurs élargidsements tels que 102, 103, dans la mesure o l'on veut augmenter la valeur de son amortissement lors de son déplacement dans la cavité 85. REVENDICATIONS 1 Support élastique antivibratoire, notamment pour groupe moto-propul- seurs de véhicules automobiles, caractérisé par le fait qu'il est es- sentiellement constitué d'un bloc creux en élastomère (t), adhérisé lors de sa vulcanisation à deux armature rigides ( 2) ( 3) respectivement supérieure et inférieure, l'armature inférieure ou supérieure présentant une ouverture obturable par une armature rigide complémentaire ( 4)s la chambre étanche ( 5) constituée par les parois du bloc creux en élasto- mère (l) et les armatures ( 2) ( 4) étant au moins partiellement rem- plie d'un matériau facilement déformable par apport extérieur d'énergie, avec absorption de cette dernière. 2 Support élastique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc creux en élastomère est tronconiques 3 Support élastique selon la revendication t, caractérisé en ce que le matériau facilement déformable, dit amortissant, possède une viscosité dynamique comprise entre 102 et 1033 Poiseuille à température ambiante et est du type commercialisé par RHONE-POULENC sous la dénomination "Gomme GSIR". 4 Support élastique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau amortissant est un fluide non newtonien constitué par une dis- solution de polymèthacrylate de méthyle dans une huile de synthèse. Support élastique selon la revendication l, caractérisé en ce que le matériau amortissant comprend une phase liquide du type huile de silico- ne, de polyglycol, minérale, ester d'acide carbonique aliphatique ou a- romatique saturé, dans laquelle est ajouté du graphite broyé et au moins un agent mouillant. 6 Support élastique selon la revendication t, caractérisé en ce que l'armature complémentaire constitue un boîtier ( 44) contenant le maté- riau amortissant, dans lequel se meut un piston ( 46), sur la queue du- quel est adhérisé un élément ( 45) en élastomère fixé à-sa périphérie entre les armatures ( 43) et ( 44), tandis que la partie supérieure de la queue du piston est solidarisé à l'armature ( 42). 49398 1676 7 Support élastique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'en- semble constitué par un piston du type"filtre" et ses moyens de fixa- tion à l'armature ( 42) est fractionné en trois parties constituées res- pectivement par le piston ( 53) qui se déplace dans le matériau amortis- sant, dont l'extrémité supérieure est adhériséeà la face inférieure de l'élément en élastomère ( 45), un bottier ( 52) adhérisé à la face oppo- sée du même élément ( 45), et une partie ( 51) de fixation de l'ensemble précédent à l'armature ( 42), dont la base présente un évasement sur les faces duquel sont liées des cales en élastomère ( 55) ( 56) destinées à assurer le centrage de cette partie ( 51) dans le bottier ( 52). 8 o Support élastique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dispose un piston ( 46), fixé à l'armature ( 2), à l'intérieur de la cavité centrale ( 5) du bloc en élastomère ( 1) comportant le matériau amortissanto 9 o Support élastique selon les revendications 1 et 8, caractérisé en ce que la base du piston de préférence en matière synthétique est consti- tuée de trois parties, respectivement de deux butées ( 78) et d'un élé- ment central ( 79) présentant une flexibilité relative O o Support élastique selon les revendications 1 et 8, caractérisé en - ce que la base du piston de préférence en matière synthétique est cons- titué par trois disques ( 71)-( 72)-( 73) positionnés selon trois plans perpendiculaires,. ilo Support élastique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ménage à l'intérieur du bloc creux en élastomère ( 1) une cavité supérieure ( 89) déterminée par l'armature ( 2) et une pièce ( 84) présen- tant une dépression centrale et qui lui est solidarisée par sa périphé- rie, ladite pièce ( 84) possédant une ouverture de dimension adaptée au passage étanche de la queue ( 87) du piston ( 86), qui présente à son ex- trémité supérieure un élargissement ( 83) bordée par une couronne ( 88) d'un matériau assurant un contact silencieux lorsqu'il arrive en butée. 12 o Support élastique selon les revendications 1 et 11, caractérisé en ce que l'on remplace la couronne ( 88) de l'élargissement ( 83) par une pièce de centrage ( 90), en élastomère, présentant des bordures supérieu- 49398 11676 13 - re ( 91) et inférieure ( 92) prenant respectivement appui sur l'armature ( 2 > et la pièce ( 84). 13 Support élastique selon les revendications 1 et 11, caract 6 risé en ce que l'étanchéité entre l'ouverture et la queue ( 87) du piston est obtenue par unprolongement ( 101) jusqu'au bord de ladite ouverture de la matière constitutive du support ( 100) en élastomère. 14.Support élastique selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le piston se mouvant dans le matériau a- mortissant présente plusieurs élargissements tels que ( 102) ( 103). 49398 1 1676