Brevet FR2543243A1 — publié le 19840928

L'invention concerne un dispositif destiné à l'amortisse- ment des vibrations, par ressorts en élastomères, pour protéger, par filtrage élastique, l'environnement d'une machine et, en particulier, d'un moteur de véhicule terres- tre ou marin, tout en assurant une fonction de compensa- tion du fluage des matériaux généralement observé dans les systèmes connus. Il existe, en effet, de nombreux types de suspensions anti- vibratoires, constitués le plus souvent de sandwiches de caoutchouc adhérisé au métal, présentés dans différentes configurations et géométries Si ces dispositifs sont très amortissants, ils sont entachés, en conséquence, d'un flua- ge important dû au vieillissement des matériaux sous con- trainte. L'invention présentée ici vise à atteindre un maximum d'ef- ficacité dans l'isolation antivibratoire des structures telles que moteurs de véhicules ou machines industrielles tout en conservant ses caractéristiques de fonctionnement au cours du temps grâce à une exacte compensation du fluage des matériaux qui se produit au cours du vieillissement de la pièce Elle présente, en outre, l'avantage d'utiliser éventuellement dans un même montage, des pièces en caout- chouc adhérisé au métal, de même géométrie mais réalisées avec deux caoutchoucs différents, ce qui permet d'utiliser un seul outillage de moulage pour leur fabrication. L'invention consiste en un dispositif de suspension antivi- bratoire de structures mécaniques telles que les moteurs de véhicules terrestres ou marins ainsi que les machines industrielles caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux ressorts en élastomères différents par leur nature, mais de rigidités voisines, le ou les ressort(s) dit(s) por- teur(s), réalisé(s) avec un matériau élastique, assurant la fonction de support de la charge, le ou les ressort(s) dit(s) antagoniste(s), réalisé(s) avec un matériau amortissant assurant la fonction amortissement, lensemble du montage, en précontrainte, permettant de compenser très exactement les variations de cote dues au fluage sous charge dans le temps, 2 2543243 des élastomères. Un élastomère est ici considéré comme élastique si la va- leur de la tangente de l'angle de perte n'excède pas 0,20 alors que le caoutchouc amortissant aura, lui, une valeur de la tangente de l'angle de perte supérieure à 0,30 Les ressorts sont montés en précontrainte, de manière telle que le ressort porteur assume la somme de la charge suspendue et de la précontrainte alors que le ressort antagoniste ne supporte que la valeur de la précontrainte. La suspension est réalisée soit sous forme compacte par l'intermédiaire d'un boulon traversant qui exerce en même temps la précontrainte et est utilisé comme élément de fi- xation à la masse suspendue, soit en montage de part et d'autre de la masse suspendue. Afin d'éviter un décollement bruyant et mécaniquement dom- mageable, la précontrainte doit dépasser toutes les varia- tions dynamiques susceptibles d'être appliquées à la charge, et d'autre part prévoir sa réduction au cours du temps sous l'effet du fluage des matériaux Une valeur raisonnable sera par exemple 50 % de la charge statique, de façon que le ressort porteur de la charge soit sollicité à 150 % deèl Ne-ci. Pour assurer l'isolation antivibratoire requise, il est bien évident que la rigidité du montage est la somme des rigidités des deux ressorts, et que la meilleure flexibilité ne peut être obtenue qu'en choisissant des flexibilités voisines. De ce fait, il peut être intéressant, essentiellement pour des raisons économiques de réalisation, d'utiliser, pour le dispositif deux ressorts de même géométrie mais différents par la nature de l'élastomère, qui peuvent ainsi être fabri- qués dans le même moule. Il résulte du montage que le ressort porteur, qui assume la charge permanente est environ trois fois plus sollicité que son antagoniste. Lors des débattements dynamiques o la charge varie de + 20 % par exemple, les contraintes (car ces ressorts ont même ri- gidité) varient pour l'un entre 140 % et 160 % de la charge statique, pour l'autre entre 40 % et 60 % de la celle-ci Avoir peu de variations sous une sollicitation permanente représen- te les meilleures conditions d'emploi d'un bon ressortà base 3 2543243 de caoutchouc, qui aura de ce fait une faible perte de caractéristiques par fluage, mais simultanément un amortis- sement interne insuffisant pour l'application envisagée, avec coefficient de résonance inadmissible à la fréquence propre dusystème. L'invention consiste à reporter la plus grande part de la fonction amortissement dans le ressort antagoniste grâce à l'emploi de caoutchoucs très amortissants c'est à dire caractérisés par une tangente de l'angle de perte supérieure à 0,30 Pour éviter l'inconvénient de fluage dans le temps que présente ce type de caoutchoucs fluage rédhibitoire pour les applications o la cote de la machine doit impéra- tivement rester constante dans le temps le ressort anta- goniste est très peu chargé, environ trois fois moins que le ressort porteur. Lorsque la loi de fluage a été déterminée, le choix des élastomères permet de compenser très exactement les risques de modification d'altitude du dispositif, au cours du vieil- lissement, de façon telle que le ressort antagoniste ait exactement les mêmes variations de cotes sous des charges trois fois moindre que le ressort porteur. Les applications o la cote de la structure suspendue doit être maintenue constante au cours du temps permettent alors des alignements d'arbres, des maintiens de jeux fonctionnels et une correction d'assiette, que n'autorisait pas, jusqu'àlors, l'emploi de ressort en élastomère, si, en outre, un amortissement interne était requis. Les schémas illustreront plus clairement le fonctionnement du système. La figure 1 décrit à titre indicatif, un exemple du montage réalisable: le ressort porteur ( 1) est monté en opposition du ressort antagoniste ( 2) par l'intermédiaire du boulon traversant ( 3) qui permet d'assurer une précontrainte et de fixer le dispositif de suspension à la masse suspendue ( 5) par l'intermédiaire de tout support convenable ( 6). Ce montage, est réalisé à partir de deux pièces de même géo- métrie, enserrant un appui approprié bâti, chassis -( 10) 4 2543243 le ressort porteur ( 1) et le ressort antagoniste ( 2), pour des raisons économiques, le cot de fabrication est réduit par l'utilisation d'un seul moule pour la réalisation des deux pièces Il est cependant possible de réaliser ce mon- tage à partir de deux pièces n'ayant pas la même géométrie mais de rigidités voisines. Dans la figure 1, le ressort porteur ( 1) est constitué d'un sandwich de matériau élastique ( 7) adhérisé à des armatures métalliques ( 8) alors que le ressort antagoniste ( 2) est constitué d'un sandwich de caoutchouc amortissant ( 9) adhé- risé à des armatures métalliques semblables ( 8) Le nombre des armatures intermédiaires est variable selon les carac- téristiques de raideur recherchée. La précontrainte assurée par le boulon traversant ( 3) peut être,à titre d'exemple non limitatif, telle que le ressort porteur assume environ 150 j Io de la charge alors que le res- sort antagoniste n'en supporte que 150 %o à lfétat neuf. La figure 2 illustre le diagramme d'équilibre du dispositif. L'abscisse ( 11) figure les charges, en pourcentage de la charge statique, l'ordonnée ( 12) figure les cotes d'altitude de la pièce. Pour une cote d'altitude à l'état neuf ( 13) due à des valeurs de précompression du ressort porteur d'altitude à l'état libre ( 14) et du ressort antagoniste d'altitude à l'état libre ( 15),la position sous l'effet de la charge sera repré- sentée par la cote ( 16), la charge portée étant illustrée par le segment AB. Les variations de contrainte de chaque ressort de part et d'autre de cet équilibre sont schématisées par les déplace- ments des points A et B-sur les droites ( 17) pour le ressort porteur et ( 18) pour l'antagoniste Les limites courantes sont, par exemple, pour une surcharge de 20 % les points A 1 et Bl et, pour une détente de 20 %, les points A 2 et B 2. La figure 3 montre l'effet du fluage du ressort porteur qui peut être représenté par un déplacement de la droite ( 17) en position ( 19) et de la droite ( 18) en position ( 20). Le point d'intersection C des droites ( 17) et ( 18) se déplace - vers la position D, intersection des droites ( 19) et ( 20). Un montage classique, sous l'effet du fluage du ressort porteur, verrait la cote du point D devenir inférieure à celle du point C en fin de vie de la pièce. Un fluage exagéré du ressort antagoniste n'excluerait pas la possibilité d'une cote du point D supérieure à celle du point C, également en fin de vie de la pièce: l'énergie potentielle accumulée dans le ressort porteur peut travail- ler contre la pesanteur. La caractéristique de l'invention est de maintenir la cote du point D égale à celle du point C tout au long de la durée de service de la pièce. 6 - REVENDICATIONS 1 ) Dispositif de suspension antivibratoire de structures mécaniques telles que les moteurs de véhicules terrestres ou marins ainsi que les machines industrielles -, caracté- risé en ce qu'il comporte au moins deux ressorts en élasto- mères différents par leur nature, mais de rigidités voisines, le ou les ressort(s) dit(s) porteur(s) réalisé(s) avec un matériau élastique ( 1), assurant la fonction de support de la charge, le ou les ressort(s) dit(s) antagoniste(s), réalisé(s) avec un matériau amortissant la fonction amortis- sement( 2), l'ensemble du montage, en précontrainte, permet- tant de compenser très exactement les variations de cotes dues au fluage sous charge dans le temps, des élastomères. 2 ) Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ressorts, sont au nombre de deux, l'un porteur ( 1) et l'autre antagoniste ( 2), qu'ils ont même géométrie et sont montés en opposition. 3 ) Dispositif, selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce que les ressorts en élastomères sont adhérisés à des armatures externes ( 8) en métal ou en polymère rigide. 4 ) Dispositif, selon l'tune des revendications 1 à 3 compor- tant des armatures internes ( 8) aux ressorts en élastomères. ) Dispositif, selon l'une des revendications 1 à 4 caracté- risé en ce que la précontrainte est exercée par l'intermé- diaire d'un boulon traversant ( 3). 60) Dispositif, selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel le boulon traversant ( 3) assurant la précontrainte est utilisé comme élément de liaison du dispositif de sus- pension à la masse suspendue.