Brevet FR2568647A1 — publié le 19860207

Isolateur de vibrations L'invention concerne un isolateur de vibrations à deux degrés de liberté, qui fonctionne selon le principe d'antirésonance,qui est disposé entre un premier corps (cellule d'hélicoptère) et un deuxième corps (ensemble de transmission du rotor) vibrant à une fréquence prédominante, et qui présente entre les points de fixation des deux corps un ensemble de ressorts qui coopère avec une tige pendulaire qui est reliée aux deux corps par l'intermédiaire de paliers pendu- laires sphériques, et sur l'extrémité libre de laquelle est monté un poids pendulaire. Un tel isolateur de vibrations est décrit dans la demande de brevet allemand DE-31 34 533. Au moins trois, et de préférence quatre isolateurs de vibrations peuvent être employés pour relier une cellule d'hélicoptère à la transmission principale du rotor de l'hélicoptère. Dans des hélicoptères, les vibrations de la cellule de l'hélicoptère sont essentiellement dues b des forces et couples périodiques, qui sont transmis des pales du rotor de l'hélicoptère à la cellule de l'hélicoptère, par l'intermédiaire de la tête de rotor et de la transmission principale. La fréquence de ces forces et couples dépend du nombre de pales du rotor et de la vitesse de rotation du rotor de l'hélicoptère. La transmission de ces dites "excitations de rotor" à la cellule de l'hélicoptère est pour l'essentiel empêchée par les isolateurs de vibrations, au moyen des poids pendulaires vibrant en antirésonance. Sur l'isolateur de vibrations connu, la tige pendulaire est maintenuedans deux paliers pendulaires sphériques, l'un de ces paliers pendulaires sphériques étant directement assemblé à la transmission principale, et l'autre à la cellule de l'hélicoptère. L'une des extré- mités de la tige pendulaire est munie d'un poids pendulaire ajustable, tandis que l'autre extrémité de la tige pendulaire, qui traverse l'en- semble de paliers, est assemblée à la cellule de l'hélicop- tère à l'aide d'un autre palier sphérique, et sert de -2- 1 ressort d'isolation. Les deux paliers pendulaires sphériques pour la transmission principale et pour la cellule de l'hélicoptère sont ici directement adjacents, les forces provenant du rotor étant transmises par l'intermédiaire du palier pendulaire à la tige pendulaire. Les paliers pendulaires doivent être conçus de manière à pouvoir absorber non seulement des charges dynamiques, mais aussi des charges statiques élevées. Toutefois, ceci entraîne nécessairement une augmentation de l'amortissement interne de l'isolateur de vibrations, de sorte qu'on ne peut obtenir qu'une isolation partielle des forces d'exci- tation. En outre, attendu que les deux points d'articulation à la cellule de l'hélicoptère de l'ensemble combiné de ressorts et de mouvement pendulaire sont situés à une distance relativement grande l'un de l'autre, on ne peut exclure que, malgré l'isolation des forces dyna- miques, des couples dynamiques soient transmis à la cellule de l'héli- coptère. L'invention a pour objectif de proposer un isolateur de vibra- tions du type mentionné en introduction, qui présente un agencement de paliers et un mode de réalisation des ressorts favorables, ainsi qu'un faible nombre de paliers, et qui assure ainsi une isolation des vibrations pleinement efficace. Selon l'invention, cet objectif est atteint en ce que l'ensemble de ressorts présente plusieurs ressorts à lames enroulés en demi- cercle ou en spirale dans un même plan, lesquels s'étendent entre une bague intérieure et une bague extérieure et autorisent un mouvement relatif entre la bague intérieure et la bague extérieure perpendicu- lairement au plan des enroulements, que le premier corps (cellule d'hélicoptère) est assemblé à la bague intérieure et le deuxième corps (ensemble de transmission du rotor) à la bague extérieure, et que la tige pendulaire, par son extrémité opposée au poids pendulaire, est montée dans la bague intérieure dans un palier pendulaire sphérique, ainsi que dans un autre palier pendulaire sphérique assemblé à la bague extérieure. Une caractéristique importante d'un isolateur de vibrations selon l'invention est l'ensemble de ressorts prévu entre une bague - 3 - 1 intérieure et une bague extérieure, qui est constitué d'au moins trois ressorts à lamEs en forme de spirale ou de demi-cercle qui s'emboîtent les uns dans les autres. Un tel ensemble de ressorts a pour propPiétés de présenter, avec un mode de construction très compact, une rigidité définie et identique dans toutes les directions dans le plan des enroulements, et de pouvoir transmettre des charges statiques élevées avec des courses de ressort très petites. La bague intérieure et la bague extérieure servent à relier à l'isolateur de vibrations les deux corps à désaccoupler en matière de vibrations. En conséquence, en vue de l'isolation susmentionnée de la cellule de l'hélicoptère vis-à-vis de 1' "excitation de rotor", la cellule de l'hélicoptère est assemblée à la bague intérieure -et la transmission principale à la bague extérieure- par plusieurs isola- teurs de vibrations de ce type. La tige pendulaire est montée dans un palier sphérique dans la bague intérieure, ainsi que dans un palier sphérique assemblé à la bague extérieure. Cet agencement permet que les charges statiques ne soient pas transmises par les paliers pendu- laires. De ce fait, on peut donner à ces paliers pendulaires sphéri- ques, paliers élastomères de préférence, des dimensions inférieures à celles qu'on leur donnait précédemment. On obtient ainsi un amortis- sement interne inférieur de l'isolateur, et donc une meilleure isola- tion des vibrations. Si un isolateur de vibrations selon l'invention est employé pour suspendre une cellule d'hélicoptère à la transmission principale de l'hélicoptère, le point de fixation côté cellule de l'ensemble de ressorts de l'isolateur et le point d'articulation côté cellule du pendule d'inertie sont approximativement cofncidénts. Ceci permet d'empêcher pour l'essentiel la transmission de couples dynamiques à la cellule. Le point d'articulation côté transmission du pendule d'inertie, à l'aide du palier pendulaire sphérique qui est assemblé à la bague extérieure, est situé de préférence entre le palier pendu- laire disposé dans la bague intérieure et le poids pendulaire, au voisinage immédiat du palier pendulaire disposé dans la bague intérieure. Au total, ceci apporte une efficacité plus grande de l'isolation. La distance entre le point de résonance et le point -4 - 1 d'antirésonance sur la courbe de transmissibilité de l'isolateur de vibrations est ainsi plus importante. De même, les mouvements relatifs à l'intérieur de l'isolateur de vibrations en présence d'excitations dynamiques sont plus faibles. Entre les points de raccordement côté transmission et côté cel- lule de l'isolateur de vibrations, il faut permettre des mouvements relatifs dans le sens longitudinal de la tige pendulaire. Avec l'iso- lateur de vibrations selon l'invention, ces mouvements sont d'ores et déjà permis par la forme de l'ensemble de ressmts prévu entre la 1i bague intérieure et la bague extérieure, attendu que cet ensemble:est considérablement plus souple perpendiculairement au plan des enroule- ments que dans les différentes directions du plan des enroulements. Cette souplesse de l'ensemble de ressorts perpendiculairement au plan des enroulements peut être augmentée en prévoyant des fentes dans -le sens longitudinal des ressorts. La bague extérieure peut être accouplée au palier pendulaire sphérique par un élément d'assemblage du genre membrane. Cette membrane est alors élastique dans le sens longitudinal de la tige pendulaire, mais très rigide dans le sens radial, afin de transmettre les forces. Cette membrane peut consister en une bride en forme de plaque réalisée en matériaux renforcés par fibres. Une autre possibilité est d'intégrer dans les paliers pendulaires des couches élastomères cylindriques supplémentaires. Selon l'invention, un élément élastique de construction compacte et à faible amortissement interne, constitué d'une bague intérieure, d'une bague extérieure et d'un ensemble de ressorts,qui possède dans le plan des enroulement une rigidité définie, et une rigidité nette- ment plus faible perpendiculairement à ce plan, est combiné à un pen- dule d'inertie en utilisant seulement deux paliers pendulaires sphé- riques à faible amortissement interne et non sollicités par les forces statiques, afin d'obtenir un isolateur de vibrations par antiréso- nance de grande efficacité. La description qui suit explicite l'invention à l'aide du dessin annexé. Ce dessin montre: à la figure 1 une coupe longitudinale à travers un isolateur de vibrations à deux degrés de liberté selon l'invention; -51 à la figure 2 une vue de dessus de l'amortisseur de vibrations présenté à la figure 1; et à la figure 3 une représentation schématique de l'assemblage d'une transmission principale d'hélicoptère à une cellule d'hélicop- tère à l'aide de quatre isolateurs de vibrations selon l'invention. La figure 1 présente unisolateur de vibratiorsqui est constitué d'un élément élastique 2 et d'une tige pendulaire 3. L'élément élasti- que 2 présente une bague intérieure 4, métallique par exemple, qui entoure concentriquement la tige pendulaire 3, et dans laquelle est montée la tige pendulaire au moyen d'un palier pendulaire élastomère sphérique 5. Il est prévu une bague extérieure 6, coaxiale à la bague intérieure et également métallique. Entre la bague intérieure et la bague extérieure s'étendent quatre ressorts à lames 7-1 à 7-4, qui sont tous semi-circulaireset réalisés en métal, ou éven- tuellement en matériaux renforcés par fibres. Les ressorts à lames sont chacun assemblés fixement à leurs deux extrémités respec- tivement à la bague intérieure 4.et à la bague extérieure 6. Le plan des enroulements des ressorts à lames 7 est le plan x-y, qui est donc perpendiculaire à la direction z correspondant à l'axe longitudinal de la tige pendulaire 3. Cet élément élastique 2 a, du fait de son mode de construction très compact, une rigidité identique dans le sens de l'axe x et dans le sens de l'axe y. Afin de diminuer la rigi- dité dans le sens z, les ressorts à lames peuvent être dotés dans leur sens longitudinal de fentes 8. Ces fentes s'étendent sur toute la longueur des ressorts à lames) de sorte qu'on obtient des ressorts à lames doubles. La bague extérieure 6 est reliée à l'aide d'une bride en forme de plaque 9 à un autre palier pendulaire élastomère sphérique 10, qui est disposé directement à côté du palier pendulaire sphérique 5, en direction de l'extrémité libre de la tige pendulaire 3. Afin de per- mettre un mouvement relatif entre la bague intérieure et la bague extérieure dans le sens z, la bride 9 est réalisée à la manière d'une membrane, de façon à pouvoir fléchir dans le sens z, tout en étant très rigide dans le sens radial. La tige pendulaire 3, qui est mainte- nue à l'une de ses extrémités dans les deux paliers pendulaires 5 et - 6 1 10, présente à son extrémité libre un poids pendulaire 11, qui de manière habituelle peut être déplacé dans le sens z afin d'ajuster la fréquence propre de l'isolateur de vibrations. Comme le montre à titre d'exemple la figure 3, l'isolateur de vibrations à deux degrés de liberté décrit ci-dessus est employé pour assembler une transmission principale 12 d'un hélicoptère à la cellule 13 de l'hélicoptère. A cet effet, il est prévu deux attaches 14 sur la bague intérieure 4 et un point de fixation 15 -perçage par exemple, ou également des attaches- sur la bague extérieure 6. La transmission principale 12 est reliée à la bague extérieure 6 par l'intermédiaire du point de fixation 15, et la cellule 13 de l'hélicoptère à l'iso- lateur de vibrations 1 par l'intermédiaire des attaches 14. Afin d'assembler la transmission principale 12 à la cellule 13 de l'hélicoptère, on emploie quatre isolateurs de vibrations, les axes des tiges pendulaires 3 de deux isolateurs de vibrations opposés étant parallèles au sens de vol, et les axes des tiges pendulaires des deux autres isolateurs de vibrations opposés étant perpendicu- laires au sens de vol. Il est bien évidemment possible de prévoir d'autres positions des isolateurs de vibrations. Ainsi, les axes des tiges pendulaires peuvent par exemple être orientés radialement vers l'extérieur à partir du centre de la transmission principale. Grâce à la structure symétrique de l'élément élastique 2 et du pendule d'inertie 3/11, l'isolateur de vibrations 1 empêche la trans- mission des forces dynamiques dans le plan x-y, et la transmission des forces dynamiques dans le sens de l'axe z est maintenue à un faible niveau par la faible rigidité correspondante de l'élément élastique dans cette direction. Les mouvements relatifs mentionnés entre les points de raccordement côté transmission et côté cellule de l'isolateur de vibrations dans le sens z, qui sont permis par la structure en forme de membrane de la bride, pourraient également être obtenus en intégrant dans les paliers pendulaires sphériques 5 ou 10 des couches élastomères cylindriques supplémentaires. Le mode de configuration présenté ici des paliers pendulaires 5 et 10 garantit l'obtention de * i la rigidité radiale élevée des paliers qui est nécessaire pour un bon fonctionnement. -7- Pour un petit hélicoptère biplace, les ressorts à lames 7 ont par exemple, des deux côtés de la fente, une largeur de 1 cm dans le sens z, et leur épaisseur est également de 1 cm, tandis que le diamè- tre circulaire des ressorts à lame dans le plan des enroulements est d'environ 15 cm. Lorsqu'on emploie un acier à ressorts habituel, on obtient ainsi une raideur dans le sens x ou y d'environ 6,5 x 106 N/m, tandis que la raideur dans le sens z est d'environ 3 x 105 N/m. - 8 - REVENDICATIONS 1 1. Isolateur de vibrations à deux degrés de liberté, qui fonc- tionne selon le principe d'antirésonance, qui est disposé entre un premier corps (cellule d'hélicoptère) et un deuxième corps (ensemble de transmission du rotor) vibrant à une fréquence prédominante, et qui présente entre les points de fixation des deux corps un ensemble de ressorts coopérant avec une tige pendulaire qui est reliée aux deux corps par l'intermédiaire de paliers pendulaires sphériques, et sur l'extrémité libre de laquelle est monté un poids pendulaire, caractérisé par le fait que l'ensemble de ressorts (2) présente plusieurs ressorts à lames (7-1 à 7-4) enroulés en demi-cercle ou en spirale dans un même plan, lesquels s'étendent entre une bague inté- rieure (4) et une bague extérieure (6) et autorisent un mouvement relatif entre la bague intérieure (4) et la bague extérieure (6) perpendiculairement au plan des enroulements, que le premier corps (cellule d'hélicoptère 13) est assemblé à la bague intérieure (4) et le deuxième corps (ensemble 12 de transmission du rotor) à la bague extérieure (6), et que la tige pendulaire (3), par son extré- mité opposée au poids pendulaire (11), est montée dans la bague inté- rieure (4) dans un palier pendulaire sphérique (5), ainsi que dans un autre palier pendulaire sphérique (10) assemblé à la bague exté- rieure (6). 2. Isolateur de vibrations selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les paliers pendulaires sphériques (5, 10) sont des paliers élastomères à faible amortissement interne. 3. Isolateur de vibrations selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé par le fait que les ressorts à lames(7-1 à 7-4) présentent des fentes (8) s'étendant dans le sens longidutinal. - 4. Isolateur de vibrations selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé par le fait que la bague extérieure (6) est assemblée au palier pendulaire correspondant (10) par l'inter- médiaire d'un élément d'assemblage (bride 9) qui est élastique dans le sens longitudinal de la tige pendulaire (3). 5. Isolateur de vibrations selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'élément d'assemblage entre la bague extérieure (6) et le palier pendulaire correspondant (10) est une bride (9) en forme -9- 1 de plaque réalisée en matériaux renforcés par fibres, qui est rigide dans le sens radial, mais élastique perpendiculairement à ce sens radial. -