Brevet FR2548134A1 — publié le 19850104

Dispositif de butée du type lamifié. a présente invention concerne un dispositif de butée du type lamifié, à savoir du type constitué d'un empilage de plaques d'armature rigides entre lesquelles sont intercalées des couches d'un matériau souple -caoutchouc ou analogue-, chacune de ces couches adhérant de chaque cOté aux deux plaques entre lesquelles elle est située. Ce type de dispositif lamifié est utilisé en principe lorsque l'on désire obtenir une butée è très grand coefficient Ka/K0, Ka étant la rigidité axiale (en compression) et Ke étant la rigidité torsionnelle (en cisaillement autour de l'axe de la compression). Des dispositifs ayant ces caractéristiques connues sont notamment utilisés dans les butées souples d'attache de pales d'hélicoptères, et ont alors l'aspect de cuvettes en forme de calottes sphériques ou de troncs de cône, ceci pour éviter le flambage sous les effets conjugués des charges axiales (efforts centrifuges exercés par les pales en rotation) et des charges radiales (efforts de battement et tramée des pales). Dans de tels dispositifs lamifiés supposés à couches de matériau souple d'épaisseur uniforme, on constate, si l'on s'intéresse aux énergies de déformation mises en jeu dans de telles couches, soumises å une compression axiale, que ces énergies, ramenées à l'unité de volume, croissent de façon quasi-exponentielle au fur et à mesure que l'on s'éloigne du centre. Ltévolution pour un matériau donné est à peu près celle qui est représentée par la courbe 6 sur le graphique de la figure 2b, dans laquelle les abscisses r représentent l'éloignement, par rapport au centre, d'une section donnée du matériau, et les ordonnées E/V, en échelle logarithmique, l'énergie de déformation par unité de volume dans cette section, pour une force de compression axiale F donnée. On a supposé ici que cette force s'exerce au centre d'un élément en forme de disque tel que celui de la figure la, comportant une couche de caoutchouc 1 adhérée entre deux plaques d'acier 2. On voit sur cet exemple que l'énergie de déformation par unité de volume varie de façon exponentielle en augmentant du centre vers la périphérie, et est environ 2 x 104 fois plus élevée à la périphérie de l'élément qu'en son centre. Le principal inconvénient de tels dispositifs lamifiés à couches adhérées d'épaisseur uniforme réside par suite dans la dégradation relativement très rapide du caoutchouc Ou analogue dans les zones périphériques, du fait d'une fatigue augmentée dans ces zones, et ceci d'autant plus qu'une partie importante des efforts sont des efforts "relaxés". Or, ces zones périphériques sont les seules accessibles à un contrôle visuel direct, et c'est donc sur leur aspect que l'on se base pour établir la nécessité du remplacement du dispositif. I1 en résulte que l'on effectue systématiquement ce remplacement de façon pré saturée, alors que, dans les zones centrales, le matériau est encore parfaitement sain et opérationnel. I1 en découle donc une dépense inutile de matière et de main d'oeuvre, inconvénient qui s'ajoute à celui d'une sollicitation et diune fatigue hétérogènes du matériau en cours de fonctionnement, ce qui empêche que le dispositif présente les caractéristiques optimales. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients des dispositifs connus et, à cet effet, un dispositif de butée lamifié conforme à l'invention est essentiellement caractérisé en ce que, ledit empilage étant considéré au repos, c'est-g-dire non soumis à des efforts, l'épaisseur d'une couche donnée dudit matériau est variable, et est plus grande à l'extérieur qu'au centre. Ainsi,on pourra réduire la fatigue du caoutchouc ou analogue dans les régions extérieures du dispositif, puisque l'énergie de déformation par unité de volume sera diminuée dans ces régions pour un même effort axial F de compression, et donc 9 fatigue égale dans la région centrale ; on pourra par suite retarder d'autant la dégradation de ces régions extérieures, h charges égales. On obtient de la sorte, par une meilleure répartition des énergies de déformation par unité de volume dans toute la masse du matériau, que celui-ci soit beaucoup mieux utilisé que par le passé ; les caractéristiques pour lesquelles il est conçu peuvent être optimalisées. Cette fatigue et cette dégradation retardée des régions extérieures apparentes du caoutchouc, en outre, retarderont 11 instant auquel un examen visuel du dispositif conduira le service d'entretien à procéder å l'échange de la pièce, d'où économie de matière et de main d'oeuvre. L'invention peut se mettre en oeuvre de plusieurs façons différentes, tout en restant basée sur les mêmes principes et en conservant les mêmes avantages essentiels, mais, de préférence, on pourra prévoir que ladite épaisseur d'une couche donnée du matériau augmente de façon continue depuis une zone centrale de la couche jusqu'en une zone extérieure. L'épaisseur e des couches de caoutchouc ou analogue (matériau à faible module d'élasticité) augmentera donc de préférence de façon continue (sans solution de continuité) en principe jusqu'd une valeur maximale obtenue à la périphérie du dispositif. La variation d'épaisseur pourra être linéaire ou s'effectuer selon toute autre loi, pour tendre è 1 'ob- tention d'une répartition optimale des efforts dans toute la masse du matériau souple. Cette variation pourra en particulier s'effectuer selon une loi telle que l'épaisseur de la couche en un emplacement donné soit une fonction de degré supérieur à 1 de l'éloignement de cet emplacement par rapport au centre de la couche. La valeur de l'épaisseur de la couche au repos en chaque emplacement pourra donc s'exprimer par une Fonction de la forme e = eO+ Kr n formule dans laquelle eû est l'épaisseur au centre .de la couche, K une constante, r la distance entre cet emplacement et le centre, et n un facteur, de préférence égal ou supérieur à 1. Une valeur préférentielle pour ce facteur n pourra être située aux environs de 2. Cette variation d'épaisseur pourra aussi s'effectuer soit 8 partir du centre même de la couche considérée, soit seulement à partir d'un emplacement situé à une certaine distance du centre, auquel cas l'épaisseur de la couche depuis le centre jusqu'à cet emplacement pourra être constante. En tout état de cause, la loi retenue résultera du meilleur compromis possible entre la répartition des énergies volumiques, l'encombrement disponible, et la simplicité des formes des inserts rigides utilisés pour la fabrication. Des modes d'exécution de l'invention vont maintenant être décrits à titre d'exemples nullement limitatifs, avec référence aux autres figures du dessin ciannexé dans lequel - la figure 2b représente, outre la courbe 6 précitée, la courbe représentative de la variation de l'énergie de déformation par unité de volume en un emplacement d'une couche de matériau souple (caoutchouc,. élastomère ou analogue) d'un dispositif de butée lamifié conforme å la présente invention, en fonction de la distance r entre cet emplacement et le centre de la couche, ceci pour un élément de dispositif en forme de disque, tel que celui qui est représenté à la figure 2a, supposé soumis à une force de compression axiale F ; - la figure 3 représente un dispositif de butée lamifié en forme de calotte sphérique de la technique antérieure, dont les couches de matériau souple ont une épaisseur uniforme - les figures 4a, 4b, et 4c représentent différents modes de réalisation d'un dispositif de butée lamifié en forme de calotte sphérique conforme à l'invention - la figure 5 représente une variante de dispositif de butée lamifié également conforme à la présente invention, en forme de cuvette en tronc de cône ; et - la figure 6 représente un diagramme analogue à celui de la figure 2b, respectivement pour les dispositifs de butée lamifiés des figures 3 à 5. A la figure 2a, on a représenté un élément de dispositif établi conformément à l'invention, et comportant une couche de caoutchouc ou analogue 3, adhérée de part et d'autre à deux plaques d'armature rigides 4. On voit sur cette figure que l'augmentation de l'épaisseur e de la couche 3 augmente linéairement depuis l'axe de révolution 5 du disque, où cette épaisseur est e jus qu'a la périphérie du disque. En chaque emplacement G, l'épaisseur e est donc une fonction linéaire de la distance r entre cet emplacement et l'axe 5. (L'augmentation d'épaisseur pourrait cependant n'être pas linéaire, mais de toute autre configuration, par exemple parabolique, elliptique, etc). Si l'épaisseur e était constante, l'énergie de déformation du caoutchouc par unité de volume E/V en fonction de r serait une fonction exponentielle, comme cela a été indiqué plus haut avec référence à la courbe 6 de la figure 2b. Avec un disque tel que celui de la figure 2a, cette énergie évolue selon la courbe 7. On voit que cette grandeur atteint son maximum à proximité de l'axe 5, mais que ce maximum peut être pour une géo métrie donnée deux fois plus faible (104 au lieu de 2 x 104) que dans le cas précédent, avec cependant une énergie totale de déformation égale dans les deux cas.En effet, la répartition des énergies volumiques dépend d'abord du type de loi choisi pour les variations de e en fonction de r, mais aussi des constantes de la loi (par exemple de e/e0). La courbe 7 montre que l'énergie de déformation par unité de volume reste pratiquement constante depuis l'emplacement auquel elle atteint son maximum, jusqu'à la périphérie du disque (distance R). Cela permet, comme on peut le voir, d'obtenir une remarquable homogénéité de répartition des énergies de déformation par unité de volume, et donc de la fatigue du matériau, dans la majeure partie du volume de la couche 3, ce qui est le but recherché. La durée de vie du dispositif sera considérablement allongée, et ceci, comme l'expérience et la théorie le montrent, dans un rapport supérieur au rapport 2 qui existe entre les énergies de déformation par unité de volume maximales dans l'un et l'autre dispositifs. Les dispositifs lamifiés en forme de cuvette de la technique antérieure présentent le même type d'inconvénients que ceux en forme de disque, et ceux établis conformément à l'invention présentent le même type d'avantages. La comparaison entre les dispositifs des types représentés aux figures 3 et suivantes est faite dans le tableau ci-dessous Figures et : Avantages = Inconvénients : Figures et : Avantages : Inconvenients : : courbes : relatifs : relatifs : :figure 3 : lamifié clas- : faible encombre- : EV/EVO croit for- : sique à couches de caout- ment ; le nombre :tement de O à :chouc 8 d'épaisseur cons- des couches peut avec un maximum tante ; courbe d'énergie :être important ; :très important à :8' de la figure 6. : Ka/K# optimal. : le périphérie : :figure 4a : lamifié con- : EV/EVO est très : l'encombrement : :forme à l'invention avec :faible à llextré-:des couches est épaisseurs des couches :mite de la couche: augmenté, ce qui :constantes en 9a, sur une :9b. réduit le nombre partie centrale, et al- :maximal possible :lent en augmentant, sur : :des couches pour une partie extérieure 9b, : :un encombrement: :de l'extrémité de cette : :total donné ; partie centrale à la pé-: :Ka/K# est diminué: :ripherie : courbe d'éner- : : EV/EVO max est :gie 9'. : : très important (de l'ordre de :50). figure 4b : lamifié con- :EV/Evo est plus :llencombrement :forme à l'invention avec homogène, et est est supérieur a :couches de caoutchouc 10 faible en bout de:celui du disposi-: :dont l'épaisseur augmente touche (20). Le :tif de la figure régulièrement depuis l'axe: maximum (environ :3 et le coeffi :de révolution jusqu'a la :30) est égal ou cient Ka/K8 est périphérie des couches. : inferieur à celui: légèrement plus :Voir courbe 10' ou 10" sur:de la courbe 8', faible. :le figure 6, selon la va- mais est atteint : :leur de ef/eo, le rapport ten milieu de cou-: entre l'épaisseur maximale: che (à mi-chemin: et l'épaisseur minimale entre l'axe de :d'une couche. révolution et t :l'extrémité). : : Figures et : Avantages : Inconvénients : courbes : relatifs : relatifs : :figure 4c : lamifié sem- : pratiquement les : pratiquement les : :blable à celui de la fi- mêmes que pour le: mêmes que pour le: :gure 4a, mais avec évolu- :cas précédent, :cas précédent. :tion de l'épaisseur des mais avec un en couches de caoutchouc ils-: combrement infé-: :Ilb sur une plus grande rieur. longueur d'arc. Voir la courbe d'énergie :Il sur la figure 6. : : : :figure 5 : lamifié en : pratiquement les : pratiquement les : :forme de cuvette conforme mêmes que pour :mêmes que pour : a l'invention, tronconique: les deux cas pré-:les deux cas pré-: Sur une partie plane 12a, :cédents. :cédents. l'épaisseur des couches : :de caoutchouc est cons- : :tente ; sur la partie co :nique 12b, elle est uni :formément croissante, : :jusqu'à la périphérie. : :Courbe analogue à la courbe 11'. NB : L'axe de révolution des dispositifs de butée des figures 3 à 5 a été référencé en 5'. Les plaques d'armatures, par exemple en acier, ont toutes, par simplification, été désignées par la lettre A. Dans chaque figure, on n'a représenté que deux couches de caoutchouc par dispositif, mais bien entendu ces couches sont en fait beaucoup plus nombreuses, et elles sont délimitées latéralement par les lignes en traits mixtes L. Les lignes en traits mixtes E, qui correspondent, comme les lignes L à des surfaces coniques, désignent la limite des couches de caoutchouc d'épaisseur constante, le cas échéant. Sur la figure 3, on a désigné par R le rayon auquel se situe un élément de volume d'une des couches de caoutchouc 8 du dispositif lamifié et par (P l'angle au centre correspondant, cl m étant l'angle au centre maximum. C'est pourquoi sur la figure 6 on a porté en abscisses la distance Q = Re à laquelle un élément de volume considéré du caoutchouc se situe par rapport à l'axe de révolution 5'. Les énergies de déformation par unité de volume pour lesdits éléments ont été portées en ordonnées, sur le graphique de la figure 6 > sous la forme EV/Evos Ev étant l'énergie de déformation par unité de volume sous un effort axial donné et E étant un niveau constant vo d'énergie, ce qui permet de s'affranchir des unies. Ceci étant, et quel que soit le mode de rEali- sation choisi, on obtient, grâce à l'invention, des dispositifs de butée lamifiés dont l'encombrement peut certes être légèrement augmenté par rapport aux dispositifs classiques à couches de caoutchouc d'épaisseur uniforme, mais qui permettent d'obtenir une bien meilleure répartition des efforts dans le caoutchouc, et donc une augmentation considérable de leur durée de vie, notamment par diminution très notable de la fatigue dans les zones périphériques des couches. Grace a l'invention, on obtient l'avantage supplémentaire que la rigidité en torsion des couches de caoutchouc ou matériau analogue est inférieure à celle d'une couche de caoutchouc classique d'épaisseur uniforme pour une même rigidité en compression. Ceci est bien un avantage, puisque le but des dispositifs lamifiés est précisénient de tenter d'obtenir le rapport Ka/4 le plus important possible. L'énergie globale mise en jeu lors d'une torsion est donc plus faible et de plus mieux répartie que dans les dispositifs classiques. Enfin, il est à noter aussi qu'en cas de sollicitation transversale s exerçant sur les couches des dispositifs lamifiés de l'invention, la répartition est encore excellente, puisque les énergies seront maximales au centre des couches, emplacement auquel elles ne travaillent ni en torsion ni en compression. Tous ces avantages rendent les dispositifs lamifiés de l'invention particulièrement aptes à être utilisés pour constituer des butées pour systèmes d'attache de pales d'hélicoptères. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDILAl lONE; 1. Dispositif de butée du type lamifié, à savoir du type constitué d'un empilage de plaques d'arrnature rigides entre lesquelles sont intercalées des couches d'un matériau souple -caoutcAlouc ou analogue-, chacune de ces couches adhérant de chaque côté aux deux plaques entre lesquels elle est située, caractérisé en ce que, ledit empilage étant considéré au repos, c'est-à-dire non soumis a des efforts, l'épaisseur d'une couche donnée dudit matériau est variable, et est plus grande à 1 1extérieur qu ' 8U centre. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite épaisseur d'une couche donnée du matériau augmente de façon continue depuis une zone centrale de la couche jusqu'en une zone extérieure. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la variation d'épaisseur d' une couche donnée s'effectue selon une loi telle que 1 'é- paisseur de la couche en un emplacement donné soit une fonction de degré supérieur a 1 de l'éloignement de cet emplacement par rapport au centre de la couche. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la variatin d'épaisseur d'une couche donnée s' effectue soit a' partir du u centre même de la couche considérée, soit seulement à partir d'un emplacement situé à une certaine distance du centre, auquel cas l'épaisseur de la couette depuis le centre jusqu' cet emplacement pourra être constante. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit empilage a l'aspect d'une cuvette an forme de calotte splié- rique ou de tronc de cone et possède donc un axe de révolution passant par les centres desdites couches de matériau souple.