Brevet FR2555692A1 — publié le 19850531

"Amortisseur à friction'1 La présente invention concerne un amortisseur à friction pour équiper des machines et des conduites tubulaires, afin de réduire leurs déplacements et en particulier leurs oscillations ;cet amortisseur comporte un bottier et un piston ou plongeur d'amortissement. Les amortisseurs prennent de l'énergie aux systèmes mobiles, et en particulier aux systèmes oscillants. On utilise des amortisseurs dans des systèmes mécaniques, notamment en combinaison avec des dispositifs élastiques, en vue d'assurer un isolement à l'égard des vibrations, et aussi pour atténuer les réactions aux chocs des machines, de leurs fondations, et des conduites tubulaires. Le fascicule des Directives VDI 2026, feuillet 2 "Isolement à l'égard des vibrations, Eléments isolants", expose d'une manière étendue l'état de la technique, en ce qui concerne les configurations des amortisseurs de vibrations. Les amortisseurs à effet visqueux et les amortisseurs à friction fonctionnent sans pression, et sont plus simples à réaliser que les amortisseurs hydrauliques, car ils comportent moins de pièces constitutives. On trouve des descriptions de tels amortisseurs par exemple dans l'ouvrage de Harris et Crede, intitulé "Shock and Vibration Handbook" (McGraw-Hill Book Company, 1976). Les amortisseurs à effet visqueux fonctionnent grâce au cisaillement et au déplacement imposés à une matière en général "visco-élastique", par un piston ou plongeur d'amortissement mobile au sein de cette matière. Les efforts d'amortissement sont proportionnels à la vitesse. Leur importance dépend de la viscosité du fluide d'amortissement, et de la géométrie du piston d'amortissement. On considère en général que les amortisseurs à friction sont ceux dans lesquels les efforts d'amortissement sont produits par des organes de friction coopérant avec des surfaces de frottement, sur lesquelles ces organes de friction sont appliqués élastiquement ou par gravité. On trouve par exemple la description d'un tel amortisseur à friction à ressort de serrage dans un article de W. Lanczak et J. Ralowski, intitulé "Reibungsda~mpfer zur Vibroisolation von Schmiedehammerfundamenten" (Amortisseurs à friction, pour atténuer les vibrations des fondations de marteaux-pilons), paru dans la revue "Bauingenieur" 55 (1980), pagens 477, etc... Les forces de frottement sont indépendantes, dans une large mesure, de la vitesse relative entre la surface de frottement et l'organe de friction. On leur assigne une valeur constante, d'après la Théorie de Coulomb sur les frottements des corps solides. L'expérience montre cependant qu'à vitesse nulle les effets de frottement par adhérence produisent un effort de frottement plus important que l'effort de frottement glissant d'un corps en mouvement. La valeur de l'effort de frottement dans le cas considéré dépend de la nature des deux matières en présence, et du fait qu'il s'agit d'un frottement à sec ou non, ainsi que de l'effort d'appui appliqué aux organes de friction. Par rapport aux amortisseurs à effet visqueux, les efforts de frottement des amortisseurs à friction permettent d'obtenir, d'une manière avantageuse, des efforts d'#mortis- sement importants avec des amortisseurs moins encombrants. Mais les amortisseurs à friction ont l'inconvénient d'imposer un effort élevé pour amorcer le mouvement du système déformable, et ceci entraîne des effets complexes de "collage-glissement" (Stick-Slip), de nature à indure des vibrations propres de fréquence supérieure dans les systèmes en cause. Par suite de l'absence de proportionnalité de l'effort de frottement par rapport à la vitesse, le sytème se comporte de manière indésirable, suivant un régime non linéaire. Le but de l'invention est donc de réaliser un amortisseur à friction du genre défini plus haut, et tel que l'effort de frottement y soit sensiblement proportionnel à la vitesse Selon l'invention, on obtient ce résultat avec un amortisseur du genre considéré, caractérisé en ce que le piston d'amortissement est associé à une plaque supérieure reliée à des organes de friction, qui sont articulés sur cette plaque ou déformables en flexion des moyens d'actionnement sont en outre prévus, pour exercer un effort de serrage sur les organes de friction, afin d'appliquer ces organes contre des surfaces de frottement solidaires du bottier de 1'amortisseur. De cette manière, on obtient avec une bonne approximation une proportionnalité des efforts d'amortissement par rapport à la vitesse. Dans un amortisseur à friction, l'effort de frottement dépend de la nature des matières qui frottent l'une sur l'autre, et de la nature du fluide qui les entoure, mais aussi, principalement, de l'effort de serrage exercé sur les organes de friction pour les appliquer contre les surfaces de frottement. Dans les amortisseurs à friction connus, il existe une pression d'appui constante. Par contre, dans l'amortisseur à friction conforme à l'invention, on fait varier l'effort de serrage, de manière à le rendre lui-même proportionnel à la vitesse. On peut réaliser cette variation avec des moyens mécaniques simples#, mais aussi avec des dispositifs hydrauliques ou électriques. Les moyens mécaniques simples sont par exemple constitués par des corps profilés, étudiés pour produire un effort de traînée, et soumis à l'écoulement d'un fluide qui les entoure. Les dispositifs hydrauliques comportent par exemple un piston de commande, et un piston récepteur servant à produire 11 effort de serrage dont dépend l'effort de frottement. Dans les dispositifs électriques, on peut mesurer la vitesse du système associé à l'amortisseur, et envoyer le signal correspondant à un circuit électrique, auquel est asservi un convertisseur intensité/effort, par exemple électrodynamique, pour produire en conséquence un effort de serrage proportionnel à la vitesse. On peut également réaliser des combinaisons de dispositifs électriques et hydrauliques. Par exemple, on peut prévoir un système électrique pour mesurer la vitesse d'oscillation, et produire l'effort de serrage au moyen d'un vérin hydraulique asservi. D'autres particularités intéressantes de l'invention sont définies dans la description qui suit. On va décrire quelques modes de réalisation de l'invention, présentés à titre d'exemples en référence aux dessins annexés, dans lesquels La figure 1 représente un amortisseur à friction à effet proportionnel à la vitesse, dans lequel l'effort de serrage est réalisé mécaniquement, la figure 2 représente un amortisseur à friction à effet proportionnel à la vitesse, dans lequel l'effort de serrage est produit hydrauliquement, la figure 3 est un schéma d'un amortisseur à friction à effet proportionnel à la vitesse, dans lequel l'effort de serrage est produit électriquement. L'amortisseur mécanique à friction, à effet proportionnel à la vitesse, de la figure 1, comporte un bottier 1, un fluide d'amortissement 2, et un piston ou plongeur d'amortissement 3. Le piston d'amortissement 3 comporte une plaque supérieure 4, sur laquelle est articulé au moins un organe de friction 5, relié à la plaque par un axe de pivotement 6. Sur les organes de friction 5 sont fixés des corps profilés 7, agencés pour présenter une résistance vis-à-vis de l'écoulement d'un fluide. Les organes de friction 5 et les corps profilés 7 sont plongés dans le fluide d'amortissement 2 contenu dans le bottier 1. Comme fluide dffamortissement 2, on peut utiliser des huiles, des bitumes, et d'autres substances très visqueuses , dont la viscosité a pour effet de provoquer l'effort de serrage. Dans le boiter 1 de l'amortisseur, est montée à demeure au moins une surface de frottement 8. Les surfaces de frottement sont agencées de manière à se trouver en contact libre avec les organes de friction 5. Il est également possible d'utiliser la paroi 1 du boîtier pour jouer le rôle de la surface de frottement 8. En outre, on peut prévoir un ressort de faible puissance, associé aux organes de friction 5 pour communiquer à ceux-ci un effort de serrage au repos. 4 La plaque/du piston d'amortissement 3 est fixée à l'objet (non représenté) qui est animé d'un mouvant oscillant à la vitesse "v". Sous l'effet du mouvement du piston 3, les corps profilés 7 subissent un écoulement du fluide d'amortissement 2 à la vitesse "v". La pression dynamique due à ceté.mi-s nt provoque, comme dans le cas d'une aile sustentatrice, un effort de tratnée W dans le sens de l'écoulement, et un effort de serrage A, perpendiculaire au premier. On peut faire varier les valeurs de l'effort de traînée W et de l'effort de serrage A, conformément aux lois de l'hydrodynamique, en choisissant le profil qui subit les écoulements. La valeur de l'effort résistant, qui assure l'amortissement dans l'amortisseur conforme à l'invention, se décompose en deux parties.L'une de ces parties est l'effort de traînée W, qui est proportionnel à la vitesse "v" de l'écoulement, et qui agit en sens opposé au mouvement du piston 3 de l'amortisseur. La deuxième partie, agissant dans le sens du piston de l'amortisseur, est l'effort de frottement des organes de friction 5 sur les surfaces de frottement 8. Cet effort résulte du frottement "fluide" des organes de friction 5, appliqués contre les surfaces de frottement 8 par l'effort de serrage A. Comme l'effort de serrage A dépend linéairement en première approximation de la vitesse, à cause de la tralnée des corps profilés 7, l'effort de serrageest ainsi proportionnel à la vitesse, lui aussi. Il en résulte donc un effort de frottement lui-même proportionnel à la vitesse. Les corps profilés 7 ont en générai une section de profil symétrique, de manière à produire des efforts d'amortissement de même valeur en traction comme en compression. On peut cependant obtenir aussi des efforts d'amortissement différents suivant le sens du mouvement, en prévoyant des profils dissymétriques et par exemple en goutte d'eau. Suivant le principe de l'invention, à partir de deux éléments de l'effort d'amortissement, constitués par l'effort de tra#née et par l'effort de frottement, on obtient un effort dJamortissement global qui est proportionnel à la vitesse. Grâce au principe de frottement fluide utilisé dans 11 amortisseur conforme à l'invention, celui-ci fonctionne avec très peu d'usure. L'amortisseur schématisé sur la figure 2 est également un amortisseur à friction, qui comporte la plaque-de liaison 4, le piston d'amortissement 3, les organes de friction 5 articulés sur les axes 6 et les surfaces de frottement 8. Mais dans ce cas, l'effort de serrage des organes de friction 5 est produit par un système hydraulique. La pression qui agit dans ce système hydraulique est produite par un piston de commande à double effet 9, solidaire du piston d'amortissement 3. Cette pression est appliquée par des canalisations hydrauliques 10 à un piston à double effet il, servant à produire l'effort de serrage des organes de friction 5. On assure une limitation de la pression au moyen de clapets limiteurs de débit 12, agissant dans le sens de l'écoulement pour obturer le passage, afin d'obtenir un effort de serrage proportionnel à la vitesse. Cependant, on peut renvoyer le débit en excès du fluide à la partie sans pression du piston de commande 9. Comme le piston de commande 9 produit une pression de fluide aussi bien en compression qu'en traction, et agit alors à chaque fois sur l'une des parties prévues à cet effet du piston double 11 qui produit l'effort de serrage, on obtient sur les organes de friction 5, à chaque alternance du mouvement, un effort de serrage dont la valeur est réglée par les clapets 12, pour être proportionnelle à la vitesse. Dans le mode de réalisation de l'amortisseur à friction de la figure 3, l'effort de serrage des organes de friction 5 sur les surfaces de frottement 8 est réglé par un dispositif électrique, pour avoir une valeur proportionnelle à la vitesse. Dans le. mode de réalisation considéré à titre d'exemple, un capteur d'oscillations 13, à effet proportionnel à la vitesse est associé au piston d'amortissement 3. Ce capteur produit un signal de tension électrique, proportionnel à la vitesse, qu'un relais 14 transforme en un autre signal de valeur appropriée. Ce signal passe ensuite dans un amplificateur, servant à envoyer le courant nécessaire à un organe électrodynamique de serrage 15, pour que cet organe produise un effort de serrage de valeur appropriée, pour le fonctionnement de l'amortis- seur à friction. Dans les amortisseurs à friction à effet proportionnel à la vitesse des figures 2 et 3, on réalise de préférence le piston de commande 9 et le capteur d'oscillations 13, de manière à obtenir une indication de la valeur de la vitesse entre le boitier 1 de l'amortisseur et le piston d' amortissement 3. Ainsi, par exemple, le cylindre du piston 9 ou le corps du capteur 13 peut être solidaire du boîtier 1 de l'amortisseur, alors que le piston 9 ou l'organe actif du capteur 13 est solidaire du piston 3 de l'amortisseur. On peut monter sur le piston 3 de l'amortisseur le piston 11 du vérin qui produit l'effort de serrage, ou l'organe électrodynamique 15 correspondant, qui se déplace en conséquence avec le piston de l'amortisseur. On peut aussi fixer au boîtier 1 de l'amortisseur les organes 11, 13, qui servent à produire l'effort de serrage. En ce cas, il convient de prévoir, entre chaque organe de serrage 5 et l'organe correspondant 10 ou 13 qui produit l'effort de serrage, un système de liaison à roulement ou à glissement, permettant un déplacement dans un sens transversal à l'effort de serrage. L'amortisseur à friction à effet proportionnel à la vitesse conforme à l'invention présente un-intérêt économique considérable par rapport aux amortisseurs à friction précédemment connus, grâce aux avantages suivants qui sont obtenus simultanément :valeur élevée de l'effort d'amortissement, encombrement en hauteur relativement réduit et suppression des effets non linéaires, vis-à-vis des oscillations du système. REVENDICATIONS 1. Amortisseur à friction, pour réduire les déplacements et en particulier les oscillations, de machines et de conduites tubulaires, comportant un boîtier 1 et un piston d'amortissement 3, caractérisé en ce que le piston d'amortissement 3 est associé à une plaque supérieure 4, reliée à des organes de friction 5 articulés sur cette plaque ou déformables en flexion ; des moyens étant prévus, pour exercer un effort de serrage sur les organes de friction 5, afin d'appliquer ces organes contre des surfaces de frottement 8 solidaires du boîtier 1 de l'amortisseur. 2. Amortisseur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le boîtier 1 de l'amortisseur contient un fluide d'amortissement 2 ; et en ce que les moyens d'actionnement associés aux organes de friction 5 sont constitués par des corps profilés 7, étudiés pour fournir un effort de traînée, qui sont fixés aux organes de friction 5 et plongés dans le fluide d'amortissement 2. 3. Amortisseur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le fluide d'amortissement 2 est constitué par une huile et/ou une substance bitumineuse, dont la viscosité assure un effet complémentaire de réglage de l'effort de serrage. 4. Amortisseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la paroi du boîtier 1 de l'amortisseur constitue une surface de frottement complémentaire 8. 5. Amortisseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les organes de friction 5 sont associés à un ressort, qui exerce un effort de serrage sur ces organes au repos, pour les appliquer contre la surface de frottement 8. 6. Amortisseur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les corps profilés 7 prévus pour produire un effort de traînée, présentent en section transversale un profil symétrique. 7. Amortisseur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les corps profilés 7 prévus pour produire un effort de tratnée, présentent un profil dissymétrique, par exemple en goutte d'eau. 8. Amortisseur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens d'actionnement prévus pour exercer un effort de serrage sur les organes de friction 5, afin d'appliquer ces organes contre les surfaces de frottement 8, sont constitués par un système hydraulique, comportant un piston de commande à double effet 9, et un piston récepteur à double effet 11 pour produire l'effort de serrage. 9. Amortisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement prévus pour appliquer les organes de friction 5 contre les surfaces de frottement 8 sont constitués par un système électrique, comportant un capteur d'oscillations 13 relié au piston 3 de l'amortisseur, et un organe électrodynamique 15 prévu pour produire l'effort de serrage, et asservi au capteur 13 par l'intermédiaire d'un relais 14.