Brevet FR2625275A1 — publié le 19890630

Ressort helicoidal de compression non bruyant La présente invention s'applique aux ressorts hélicoidaux de compression et plus particulièrement à ceux qui sont comprimés entre deux coupelles pour assurer la suspension des véhicules automobiles. L'allègement des véhicules est recherché dans les moindres détails par soucis d'économie tant à la construction qu'à l'utilisation. La diminution du volume des composants et en particulier des ressorts participe aussi à l'allègement. Cependant. I'allègement des véhicules entraîne une plus grande variation des charges portées par les ressorts au cours de l'utilisation du véhicule. Tandis que les véhicules légers ont besoin de ressorts de grande flexibilité, les véhicules chargés admettent une suspension plus raide. Les ressorts à flexibilité constante couramment utilisés sont trop raides pour les véhicules allégés. à moins que leur flexibilité et donc leur course maximale et par suite leur encombrement ne soient augmentés. ce qui va à l'encontre de l'allègement recher ché. Les ressorts à flexibilité variable à raideur progressive permettent de mieux adapter la flexibilité des ressorts à chaque condition de charge des véhicules et donc de moins accroître la course maximale des ressorts. Les ressorts hélico7daux à raideur progressive. comme ceux qui sont à flexibilité constante. sont composés de plusieurs spires de fil métallique qui à certaines charges entrent en résonnance avec les vibrations auxquelles elles sont soumises. Les spires qui sont trop proches les unes des autres s'entrechoquent en produisant des cliquetis désagréables et en endommageant le revêtement qui les protège de la corrosion. Pour les ressorts à flexibilité constante. on peut généralement éviter ces bruits par un dimensionnement différent ou en écartant davantage les spires, mais l'encombrement et le plus souvent le poids du ressort sont augmentés. Avec les ressorts à raideur progressive. la flexibilité diminue à mesure que la charge augmente par la mise hors service ou élimination progressive de spires initialement actives. Cette élimination est due à la mise en contact direct ou indirect des spires concernées. plus rapprochées l'une de l'autre dès la fabrication du ressort. Elle favorise la production de bruit et endommage le revêtement du fil métallique surtout si elle se produit à proximité des extrémités du ressort car les exitations y sont plus franches. Certains ressorts à flexibilité variable sont des ressorts hélico7daux à pas constant entre les spires desquels on a inséré des câles attachées au fil de différentes façonstetqui réalisent des contacts indirects entre les spires à partir de certaines charges prédéterminées. Ces cales peuvent aussi. comme l'indique le brevet US r1098L9B être constituées d'une matière élastique comprimée entre deux spires du ressort ou selon le brevet US 3BOl50 être faites de manchons annulaires en caoutchouc positionnés sur le fil du ressort par des pinces ou des agrafes et jouant le rôle d'amortisseur ou aténuateur de vibrations. Toutes les cales augmentent beaucoup l'encombrement des ressorts et ne peuvent donc être utilisées pour l'allègement du véhicule. Les manchons épais et résistants ne peuvent être emmanchés sur le fil d'un ressort hélicoldal que si son diamètre d'enroulement est suffisamment grand: encore faut-il que le diamètre intérieur des manchons soit plus grand que le diamètre du fil. En service. par contre. sous l'effet des compressions et relâchements répétés. les manchons glissent lentement le long du fil s'il n'en sont pas empéchés par des pinces ou agrafes souvent difficiies à mettre en place. On cherche à éviter ces inconvénients par un compromis qui consiste à emmancher dans un fourreau en chlorure de polyvinyle ou en résine de polyuréthanne à chaque extrémité du fil d'un ressort hélico7dal dont les spires extrêmes ont un pas résuit. On laisse encore du jeu entre le fourreau et le fil: mais pour l'empêcheur de glisser le long du fil. on le pince entre le ressort et sa coupelle sur une longueur suffisante pour que la pression ne le détériore pas. On est obligé-pour cela de prévoir une certaine longueur de spire supplémentaire qui augmente le poids et l'encombrement du ressort. D'autre part le jeu entre fil et fourreau permet des frictions qui usent la protection du fil contre la corrosion tandis que l'humidité qui s insinue dans le fourreau la favorise. diminuant ainsi la résistance du ressort à la fatigue.Ce danger d'autant plus grand que le diamètre du fil est plus faible empèche l'amincissement du fil et le gain de poids qui en résultait. La variation de flexibilité du ressort est réalisée par l'élimination progressive de ses spires actives ex trêmes venant progressivement pincer le fourreau. La variation de flexibilité ne peut généralement pas être aussi grande que l'on voudrait car la corrosion du fil est d'autant plus accentuée que ie fourreau est plus long On évite ces invonvénients avec des fourreaux toriques. fendus. étroitement serrés sur le fil. On peut les placer sur n'importe quelle spire du ressort. mais ils sont très coûteux parce qu'ils sont très difficiles à fabriquer et à mettre en place sur le ressort. La présente invention a pour but de proposer. à des prix compétitifs. des ressorts métalliques. hélicoidaux. de compression. å flexibilité constante ou variable dont le fil ne fasse pas de bruit et ne se détériore pas lorsqu'il est sollicité. en résonnance avec une vibration ou par un choc. Les points où les spires d'un ressort hélico7dal à flexibilité constante s'entrechoquent et font du bruit sont très localisés et peu nombreux. Sur un ressort à flexibilité variable. à contact direct des spires, ils correspondent à ses zones de contact. La présente invention consiste essentiellement à y interposer une lamelle d'épaisseur uniforme qui empèche toute mise en résonnance du fil par des vibrations ou des chocs éventuels. De nombreux matériaux peuvent être employés. On utilisera de préférence des matériaux relativement durs et fiexibles comme les résines polyamides ou polyacétale. La lamelle doit être convenablement positionnée sur le fil du ressort. Son emplacement qui diffère d'un type de ressort héiicoîdal à l'autre peut être facilement déterminé en chargeant progressivement le ressort excité en vibration et en passant une étroite lamelle entre les spires les plus proches l'une de l'autre. dès que le bruit se fait entendre. Le passage de la lamelle à l'emplacement critique fait cesser aussitôt le bruit, toujours au même endroit. à la même charge. Selon l'invention. la lamelle fait partie d'un gousset qui est encliqueté sur le fil à l'emplacement critique. Le gousset est constitué par une demi-coquille qui enveloppe étroitement le fil sur une demi-circonférence, le long d'une portion de spire et qui comporte au moins une, et de préférence deux languettes d'épaisseur uniforme qui jouent le rôle de la lamelle précitée. Les languettes sont pourvues de petits ergots qui assurent l'encliquetage et la fixation du gousset sur le fil. Quand le gousset sort de fabrication. sa demi-coquille a une forme torique et ses languettes sont planes. Quand il est engagé sur le ressort. il épouse la forme hélico7dale du fil qui lui donne une petite déformation élastique qui maintient sa demi-coquille serrée contre lui, à la position choisie. Les faces des languettes forment une surface hélicoidale tangente au fil selon une hélice. L'emplacement critique sur un ressort à flexibilité constante peut varier. un peu avec la charge: on choisit la longueur d'arc du gousset de façon à couvrir toute la zone concernée. Elle est généralement inférieure à un quart de spire. Avec un gousset dur il faut éviter de dépasser cette valeur. de crainte de retrouver les cliquetis par contact irrégulier entre fil et languette. Etant donnée sa forme. le gousset enveloppe étroitement le fil mais il est toujours ouvert et permet l'évaporation de l'humidité qui se condenserait éventuellement sur le fil. Des goussets identiques peuvent être montés sur les ressorts à raideur progressive à pas variable en utilisant plusieurs goussets espacés. On peut généralement les écarter de plus d'un quart de spire et respecter la caractéristique de charge sans qu'intervienne aucun contact direct intermédiaire entre spires. L'intervention successive des deux languettes d'un même gousset permet d'obtenir des caractéristiques de charge à variation très étendue avec deux ou trois goussets. Comme il a été expliqué précédemment. les seuls ressorts hélico7daux à raideur progressive actuellement utilisés sont ceux qui éliminent des spires actives : soit par l'intervention de cales entre leurs spires et ils sont trop encombrants. soit par contact sur un fourreau de leurs spires extrêmes et ils sont relativement lourds. Il y aurait pourtant une autre solution qui consisterait à exécuter un ressort hélicoïdal avec des spires plus serrées au centre qu'aux extrémités. L'accroisssement de raideur résulterait du contact entre elles et donc de l'élimination de ces spires actives centrales à mesure que la charge croîtrait. Le bruit que ce contact provoque a fait rejeter cette solution. L'application de la présente invention à ce genre de ressort permet de réaliser à la fois une diminution de poids et d'encombrement. Aux faibles charges. où la flexibilité doit être maximale. il ne comporte pratiquement que des spires actives. II n'est pas nécessaire de prévoir des spires mortes. ni pour l'appui sur les coupelles. ni pour maintenir un fourreau. ni pour ménager des lignes de contact où s'appliqueront ensuite les spires actives à éliminer. Le maintien latéral du ressort sur les coupelles, qui n'est pas géné par un fourreau, est plus facile à réaliser. La description qui va suivre en fera mieux comprendre le fonctionnement et les avantages Les dessins annexés illustrent cette description, donnée à titre d'exemple d'un ressort conforme à l'invention. La figure 1 représente en élévation un ressort hélicoidal à pas variable conforme à l'invention. La figure 2 est une vue de dessus du ressort de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale selon AA de l'un des goussets. avant pose sur le ressort de la figure 1. La figure 4 est une vue. en coupe transversale selon BB du gousset de la figure 3. La figure 5 est une développée des spires du ressort de la figure 1. La figure est la caractéristique de charge du ressort de la figure 1. La figure 7 est une variante de la figure 3. La figure 8 est une variante de la figure 4. Reportons nous d'abord aux figures 1 et 2. Le ressort hélicoldal de compression R. conforme à l'invention, maintenu entre les coupelles C1 et C2 se compose de plusieurs spires 1, 2. 3. 4. 5 de fil métallique, de diamètre d. enroulé en hélice cylindrique et de trois goussets 6, 7. 8 encliquetés sur ledit fil. Chaque gousset détaillé dans les figures 3 et 4 se compose à l'état libre d'une demi-coquille 9 de forme torique et de deux languettes 10. 11 planes parallèles pourvues de petits ergots 12. La section transversale du gousset a la forme d'un U [figure 41. Les ergots des deux Ian-- guettes se font face à l'intérieur du U. Ils ont une forme prismatique à base triangulaire. L'une des faces de ce prisme est commune avec la languette. une autre face 13 est tangente à la circonférence 14 tracée à l'intérieur des demi-coquilles. Les diamètres de la circonférence 14 et du fil ainsi que la distance d des languettes 10 et 1 1 sont égaux. La troisième face 13 devient tangente après encliquetage. Les spires 1, 2. 3. 4. 5 du ressort R sont représentées dans la figure 5 par leur dévc loppée tracée à partir de la génératrice 1 du cylindre moyen d'enroulement du ressort R. Ce ressort R est enroulé à pas variable. I'une de ses spires 3 située vers le milieu du ressort a un pas PO moindre que le pas P1 de la spire 4 voisine. lui-même inférieur au pas P des autres spires. Les extrémités 17 et 18 du fil sont incurv.ées pour avoir un contact tangentiel avec les coupelles C1 et C2. En considérant- I'axe du ressort R comme vertical et la coupelle inFérieure C2 comme fixe, on applique. sur la coupelle supérieure C1. une force verticale F, croissante. La hauteur du ressort est réduite d'une longueur L qui est également répartie entre toutes les spires tant que la force F n'a pas atteint la valeur F0 où la spire 3 qui a le plus faible pas soit complètement comprimée. une de ses extrémités 19 étant entrée en contact avec la languette 10 du gousset 6 porté par l'autre extrémité de la spire'3. La caractéristique de charge 20 du ressort R présentée dans la figure 5 donne en ordonnée la force F appliquée sur le ressort en fonction de la réduction L de hauteur du ressort portée en abscisse. A partir de la charge FO. où la réduction de hauteur est LO, la raideur du ressort donnée par la pente de la caractéristique 20 commence à augmenter. Contrairement à ce que l'on pourrait croire. la variation n'est pas brutale, car la spire 3 n'est pas aussitôt totalement inactive. La spire voisine lui transmet un moment de torsion croissant qui tord son fil sur lui-même. sans que son aspect extérieur en soit modifié: mais la torsion n'augmente pas aussi vite que la force F à cause du contact qui sé- tend sur la languette 10. Le moment de torsion et donc la déformation élastique ne cesse de croître que lorsque l'appui sur la languette 10 atteint un quart de spire. Si, comme c'est le cas ici, la languette 10 aune longueur d'arc inférieure à un quart de spire, il faut attendre le contact du fil avec la languette 21 du gousset 7 pour interrompre le travail de la spire 3.A partir de ce contact c'est la torsion de la fraction de la spire 4 comprise entre les languettes 10 et 21 qui n'augmente plus proportionnellement à la force F et qui accroît progressivement la raideur du ressort R. Quand la force F atteint la valeur F1 la diminution de hauteur est Lt et la caractéristique se poursuit de facon contenue selon une raideur progressive avec l'intervention de la languette 22 du gousset B au contact avec la spire 2 puis de la languette 1 1 du gousset avec une nouvelle portion de la spire 2 et ainsi de suite. de languette en languette. On dispose le long du fil autant de goussets qu'il est nécessaire pour respecter la caractéristique de charge que l'on désire.Au-delà de la valeur F5 de la force F correspondant à la charge maximale PS portée par le ressort R on laisse généralement une course supplémentaire à flexibilité constante. pour une réduction de hauteur LM il faudrait, sous une force FM. le contact de toutes les spires entre elles. Cette force FM, n'étant jamais atteinte il n'est pas nécessaire de protéger ces spires par des goussets. sauf. si pour réduire l'encombrement. on veut les résserrer le plus possible. Sans changer quoi que soit au fonctionnement du ressort R les goussets peuvent aussi avoir l'aspect représenté dans les figures 7 et B où la demi-coquille 23 vient s'appliquer à la face interne du fil du ressort R elle porte des languettes 24. 25 pourvues d'ergots 20. 27. Le ressort R a pas variable conforme à l'invention. par rapport aux ressorts à pas variable existants. a un fonctionnement qui fait mieux travailler ses spires au moment où elles deviennent progressivement inactives. II permet. là aussi, par un calcul judicieux, de réaliser des économies de matière et donc de poids des ressorts L'invention n'est pas limitée au ressort hélicoïdal à pas variable donné à titre d'exemple. Tous les ressorts hélicoldaux de compression qu'ils soient à flexibilité constante ou variable qu'ils soient à enroulement cylindrique ou à diamètre d'enroulement variable. qu'ils soient en fil de section constante ou variable, peuvent être avantageusement équipés de goussets selon la présente invention pour empécher que leurs spires, en s'entrechoquant. ne se détériorent ou fassent du bruit. Les ressorts conformes à l'invention sont particulièrement intéressants pour la suspension des véhicules automobiles mais ils peuvent aussi être montés sur toutes sortes d'autres véhicules ou de machines. Revendications 1. Ressort hélicoidal de compression composé de-plusieurs spires de fil métallique enroulées en hélice et possédant au moins un gousset [5) attaché audit fil caractérisé en ce que ledit gousset t63 comporte au moins une languette [103 présentant une surface hélicoidale coa xiale audit ressort et tangente audit fil selon un arc d'hélice. 2. Ressort selon revendication I caractérisé en ce que ledit arc d'hélice a une longueur infé rieure à un quart de spire. 3. Ressort selon revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit gousset t63 comporte deux languettes [10). (11) hélicoidales. parallèles à une distance égale au diamètre du fil d. 4. Ressort selon revendication 1. 2 ou 3 caractérisé en ce que ledit gousset t63 démonté du ressort est composé d'une demi-coquille torique t93 et de deux languettes (10). t113 planes. I'ensemble ayant une section en U. 5. Ressort selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite languette [103. [11) a une épaisseur uniforme. 6. Ressort selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit gousset [63 est fabriqué en résine polyamide ou ployacétale. 7. ressort selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérise en ce que lesdites languettes 103, 11 sont pourvues d'ergots [123 prismatiques triangulaires. I'une des faces 13) du prisme étant tangente audit fil. B. Ressort selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est enroulé à pas variable. ladite languette (10) étant interposée entre les spires les plus rap prochées. 9. Ressort selon revendication 8 caractérisé en ce que la spire [3) ayant le moindre pas se situe vers le milieu du ressort. 10. Ressort selon revendication O ou 9 caractérisé en ce qu'il possède plusieurs goussets (5). t73. t3 distants les uns des autres.