Brevet FR2634164A1 — publié le 19900119

La présente invention a pour objet un dispositif de suspension élastique et amortie d'une charge. Ce dispositif intéresse donc d'une manière générale tous les cas o, dans l'industrie mécanique, une liaison élastique et amortie entre deux éléments est nécessaire. Cependant, ce dispositif concerne principa- lement la suspension de tous véhicules à roues ou à chenilles. Il peut cependant s'appliquer également à l'isolement élastique entre un élément et un support relativement à des secousses ou à des vibrations, par exemple pour le maintien d'instruments de mesure fragiles. Il est connu, dans ces divers domaines, d'utiliser simultanément l'élasticité des métaux ou d'autres corps à haut module élastique, et l'amor- tissement interne d'élastomères déformables à bas module élastique. (Par haut module on entend jusqu'à 200.000 mégapascals environ, et par bas module 30 à 100 mégapascals environ). Par exemple, on emploie ainsi des ressorts & boudins moulés dans des tubes en caoutchouc pour des suspensions à déplacements linéaires. Ces réalisations connues présentent les inconvénients suivants: d'une part elles nécessitent des systèmes mécaniques annexes (tringleries) pour assurer la cinématique de la suspension. D'autre part, elles n'ont pas de moyens de dissipation de l'énergie calorifique, ce qui restreint leurs possibilités d'utilisation tout terrain. L'invention a pour but de réaliser un dispo- sitif de suspension dans lequel ces inconvénients sont éliminés. Le dispositif de suspension élastique et amortie visé par l'invention, utilisable en particulier dans un véhicule, est du type comportant un bras de support d'une charge, articulé autour d'un axe porteur, ainsi que des moyens élastiques coopérant avec ce bras. Suivant l'invention, ce dispositif est ca- ractérisé en ce que lesdits moyens comprennent une lame élastique à haut module élastique formant une spirale, autour d'un axe parallèle à l'axe d'oscil- lation, ainsi qu'une bande d'amortissement en matériau déformable à bas module élastique et éventuellement compressible, interposé entre deux spires consécutives de la lame. La lame élastique travaille en flexion, tandis que la bande d'amortissement, de préférence en élastomère, associée à cette lame, présente un im- portant amortissement interne et travaille en com- pression ainsi qu'en cisaillement. Un tel élément de suspension est entièrement autonome et ne nécessite, par conséquent, aucun sys- tème mécanique annexe. Suivant une particularité avantageuse de l'invention, la lame élastique et la bande compres- sible sont logées à l'intérieur du bras oscillant dans un carter étanche. Cet agencement supprime donc tout encombre- ment de la suspension extérieurement au bras oscillant. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: - Des canaux annulaires libres sont ménagés dans la bande d'amortissement. - La bande d'amortissement contient des moyens de conduction thermique, comportant par exemple un ressort en spirale noyé dans le matériau déforma- ble, appliqué contre une face concave de la lame élas- tique, placé de préférence en regard des canaux annu- laires libres et coopérant avec la lame pour supporter la charge. - Les moyens de conduction thermique com- prennent également une plaque métallique en contact avec la lame et/ou avec la bande d'amortissement. - La lame élastique est logée dans une virole dans laquelle est ménagée une ouverture de sortie de l'extrémité externe de la lame, et qui est garnie intérieurement d'un matelas en élastomère. - L'extrémité interne de la lame est repliée en une boucle qui entoure une cheville traversant le bras et fixée à ce dernier, et son extrémité interne est fixée à un tourillon traversant le bras et formant l'axe porteur. L'invention sera maintenant décrite en réfé- rence aux dessins annexés qui en illustrent un mode de réalisation à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est une vue en coupe suivant 1/1 de la figure 2 d'un mode de réalisation du dispositif de suspension selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe et éléva- tion partielle suivant 2/2 de la figure 1. Le dispositif de suspension élastique et amortie représenté aux Fig.1 et 2, destiné notamment à un véhicule & roues ou & chenilles, comporte un bras de support d'une charge non représentée, supportée par la suspension, par exemple une roue ou un galet de chenille monté sur un moyeu terminal 37. Le bras 15 est articulé autour d'un tourillon 2 fixé & un châssis non représenté et formant l'axe porteur de la sus- pension. Le dispositif comprend également des moyens élastiques associés au bras 15 et qui comportent, d'une part une lame élastique I formant une spirale autour de l'axe porteur 2, et d'autre part une bande d'amortissement 12 en matériau élastomère, de préfé- rence mais non nécessairement compressible, interposée entre deux spires consécutives (lc-ld, ld-le) de la lame 1, le nombre de spires de celle-ci pouvant varier. L'extrémité interne la de la lame spirale 1 est fixée rigidement à l'axe porteur 2 tandis que son extrémité externe lb est mécaniquement solidaire du bras 15. Ainsi, dans l'exemple décrit la fixation de l'extrémité la au tourillon 2 comporte un talon 3 retenu par une broche transversale 4 traversant un épaulement 5 du tourillon 2, et une plaque 7 fixée à ce dernier par des vis 8, entre le talon 3 et un méplat 2a du tourillon 2. Son extrémité externe lb peut être par exemple repliée en une boucle qui entoure une cheville 10 traversant le bras 15 et fixée à ce dernier. Cette cheville 10 peut être éventuellement complétée par une douille antifriction 11 et reçoit l'effort de la suspension du véhicule, si le dispositif est monté sur un véhicule. La bande élastique 12 est disposée entre les parties sensiblement équidistantes des spires lc, ld, le de la lame 1 et remplit sensiblement l'espace entre ces spires. La bande 12 peut être collée à la face convexe et/ou à la face concave de chaque spire. La lame élastique I est logée dans une virole 27,28 dans laquelle est ménagée une ouverture de sortie de l'extrémité externe lb de la lame 1, et qui est garnie intérieurement d'un matelas 30 en élastomère. La virole est ici constituée pour une moitié, par un prolongement 27 du tourillon 2, et pour l'autre moitié par un prolongement 28 de la plaque 7, ce prolongement comportant une partie conique 28a rétrécie pour faciliter l'introduction de l'ensemble élastique et du tourillon 2 à l'intérieur du bras 15. Cette introduction est également facilitée par un déport transversal (voir Fig.l) de l'extrémité externe la de la lame 1. Celle-ci se prolonge à partir de la spirale lc à l'extérieur de la virole 27, 28 à travers l'ouverture 50, qui permet au bras 15 d'effectuer une oscillation d'amplitude maximale dont les limites sont représentées par les positions extrêmes en traits mixtes de la boucle lb. Une lame rigide 29 placée in- térieurement à la virole 27 sert de butée en fin de détente de la suspension. L'ensemble des éléments décrits ci-dessus est disposé dans un logement délimité par un carter étanche 15a du bras 15, limité par une cloison trans- versale 38 placée entre la cheville 10 et le moyeu 37. Ce carter est rempli d'un fluide de refroidissement approprié dans lequel sont donc plongés la lame élas- tique 1, l'élastomère 12 et la cheville 10 notamment, et qui peut être introduit par une canalisation 40 (Fig.l) ménagée dans une paroi du carter 15a. Un oeilleton 39 rapporté sur le carter 15a permet de vé- rifier le niveau du fluide de refroidissement. Des canaux annulaires libres 13 sont ménagés dans la bande d'amortissement 12, et peuvent avoir une section par exemple tronconique comme représenté. Par ailleurs, la bande 12 contient des moyens de conduc- tion thermique, à savoir dans l'exemple décrit, un ressort en spirale 14 de faible épaisseur transver- sale, placé entre les spires lc, ld, le, noyé dans le matériau élastomère de la bande 12 et de préférence -6 appliqué contre une face concave de la lame 1. Le ressort spirale 14 est de préférence positionnné en regard des canaux annulaires 13, afin d'obtenir un effet techniquet qui sera exposé ci-après. Les moyens de conduction de la chaleur peu- vent également comprendre avantageusement une plaque métallique 26, par exemple en cuivre, placée au con- tact de la lame I et/ou de la bande 12 pour diffuser la chaleur vers le tourillon 2. Ce dernier peut lui-même comporter des -canaux de circulation (non représentés) du fluide de refroidissement. Le dispositif peut être muni de butées ex- ternes amortissantes ou franches telles que la butée 31 placée sur l'extrémité libre du bras 15. Ces butées limitent l'oscillation de ce dernier en venant en contact avec le châssis du véhicule. Le tourillon 2 est lié au véhicule (non représenté) par l'intermédiaire d'une semelle 16 elle-même fixée par des trous 17 à des goujons (non représentés) portés par un flanc du véhicule. Des vis 18, vissées dans des trous taraudés dans le tourillon 2, assurent l'appui sur ce dernier de la semelle 16. Des pions 18' vissés dans la semelle 16 et coopérant avec des trous alésés dans le tourillon 2, bloquent celui-ci à l'angle voulu pour le fonctionnement de la suspension. Le réglage est facilité par une noix 19 vissée et piétée dans le tourillon 2, et comportant un embrèvement 20. Ce dernier peut être par exemple un six pans creux pour recevoir un outillage de mesuré du couple et de l'angle du bras 15 après montage du res- sort formé par les pièces 1, 12 et 14. Le tourillon 2 comporte deux épaulements 5 et 21 qui reçoivent des alésages 2 et 23 du bras 15, par l'intermédiaire de bagues de friction 24 et 25 pour constituer deux paliers d'oscillation du bras 15. Le carter 15a peut être constitué de tout matériau soudé ou moulé. De préférence, il est en matériau composite à base de fils de carbone et de résine, de façon à présenter une masse minimale, ce qui améliore l'efficacité de la suspension du véhi- cule. La. lame élastique 1 peut être formée d'un matériau composite de même nature, et ici adapté pour résister aux efforts de traction par la cheville 10. On voit également sur la Fig.1 des joints d'étanchéité rotatifs 32 et 33 entre le bras 15 et le tourillon 2, le second joint 33 étant rapporté par un écrou 34 qui assujettit en outre le bras 15 sur le tourillon 2 au moyen d'une vis intermédiaire 35. D'autre part, un blindage 36 est rapporté sur l'extré- mité du bras 15 opposée au moyeu 37, afin de protéger le bras contre les chocs éventuels qui peuvent sur- venir durant l'usage tout terrain d'un véhicule. Le fonctionnement et les avantages techni- ques du dispositif de suspension qui vient d'être décrit sont les suivants. Durant les oscillations du bras 15 et de l'élément de roulement monté sur son moyeu 37 autour de l'axe fixe constitué par le tourillon 2, et dont les limites sont déterminées par la largeur de l'ou- verture 50 dans la virole 27, 28, l'élasticité de la lame 1 absorbe ces oscillations, qui peuvent de plus être amorties par la bande 12. Le matériau constituant celle-ci peut du reste ne pas être compressible, et dans ce cas la bande 12 fonctionnera alors uniquement comme butée vis-àvis de la lame 1. Dans le cas o le matériau choisi pour la bande 12 est compressible, cette bande amortit en outre les oscillations du bras 15. Le matelas 30 en élastomère agit lors de la détente de la suspension, car ce matelas 30 est au contact de la spire externe lc. Dans l'exemple décrit, l'axe d'oscillation du bras 15 coïncide avec le tourillon fixe 2, car on pourrait en effet en variante prévoir que ces deux éléments soient distincts. Dans l'exemple décrit, l'extrémité externe lb de la lame spirale 1 peut alors former une boucle en serrant la cheville 10, de sorte que la rotation du bras 15 dans le sens qui enroule la lame I (sens anti-horaire sur la Fig.2) exerce sur cette dernière une force de traction. Ceci a pour ef- fet de resserrer la spirale sur elle-même et d'accen- tuer ainsi la compression de la bande élastomère 12 entre les spires. La disposition en spirale de la lame élas- tique 1, qui est plus conductrice thermiquement que la bande d'amortissement 12, procure une grande surface d'échange relative entre ces deux éléments, et favo- rise par conséquent la transmission thermique. Les canaux 13, ménagés au sein de l'élas- tomère ou encore latéralement, facilitent sa défor- mation sous charge et augmentent ainsi sa flexibilité, tout en diminuant ses contraintes. Dans le cas d'uti- lisation d'un liquide d'échange thermique, de tels canaux 13 améliorent le contact avec ce liquide, et par leurs variations de volume provoquent une circu- lation du fluide, ce qui accroit l'effet de convec- tion. Le ressort spirale 14, de préférence contigu aux canaux 13, coopère d'une part à l'action élastique de la suspension du véhicule dans le sens qui déroule la spirale, et d'autre part forme une butée entre les faces en vis-à-vis des spires lc, ld, le lorsque la lame I est enroulée au maximum sous l'effort de la suspension. Durant cet effort d'enroulement dû & l'ac- tion de la cheville 10, l'élastomère constituant la bande 12 est comprimé, et. peut en outre se déformer sous la pression résultante en occupant les espaces vides constitués par les canaux 13. Dans la situation de compression maximale de la bande 12, les canaux 13 ont disparu et le. ressort 14 vient en butée contre la surface convexe des spires délimitant les canaux 13. Le matelas amortisseur 12, 30 est sujet à un échauffement interne du fait de ses déformations suc- cessives en service. Le fait de l'enfermer, selon une particularité de l'invention, à l'intérieur d'un car- ter étanche 15a rempli d'un liquide approprié, assure son refroidissement par convection de la chaleur déga- gée jusqu'aux parois externes de ce carter 15a. Ce dernier fait avantageusement partie du bras oscillant de la suspension. Il convient de noter que le ressort 14 assure, en plus de la fonction de butée déjà mention- née, une fonction de conduction de chaleur permettant d'accroître l'échange thermique entre la bande d'amor- tissement 12 et l'extérieur. REVENDICATIONS 1. Dispositif de suspension élastique et amortie d'une charge, notamment pour véhicule, com- portant un bras (15) de support de la charge articulé autour d'un axe porteur (2), ainsi que des moyens élastiques coopérant avec ce bras, caractérisé en ce que ces moyens comprennent une lame élastique (1) à haut module élastique formant une spirale autour d'un axe parallèle à l'axe d'oscillation (2), ainsi qu'une bande d'amortissement (12) en matériau déformable à bas module élastique et éventuellement compressible, interposée entre deux spires consécutives (lc, ld, le) de la lame (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que la lame élastique (1) et la bande d'amortissement (12) sont logées dans un carter étan- che (15a) du bras oscillant (15). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'axe porteur est constitué par un tourillon fixe (2) traversant le bras (15). 4. Dispositif selon la revendication 3, ca- ractérisé en ce que l'extrémité interne (la) de la lame (1) est fixée rigidement à l'axe porteur (2) et son extrémité externe (lb) est mécaniquement solidaire du bras (15), par exemple repliée en une boucle entou- rant une cheville (10) traversant le carter étanche (15a). 5. Dispositif selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que des canaux annulaires libres (13) sont ménagés dans la bande d'amortissement (12). 6. Dispositif selon la revendication 5, ca- ractérisé en ce que la bande d'amortissement (12) contient des moyens de conduction thermique, compor- E634164 / 11 tant par exemple un ressort en spirale (14) noyé dans le matériau déformable (12), appliqué contre une face concave ae la lame élastique (1) , placé de préférence en regard des canaux annulaires libres (13) et coopé- rant avec la lame (1) pour supporter la charge. 7. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le carter (15a) du bras (15) est rempli d'un liquide de refroidissement. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les moyens de conduction thermique comprennent une plaque métallique (7) en contact avec la lame (1) et/ou avec la bande d'amor- tissement (12). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la lame élastique (1) est logée dans une'virole (27, 28) dans laquelle est mé- nagée une ouverture de sortie (50) de l'extrémité externe (lb) de la lame (1) et qui est garnie inté- rieurement d'un matelas déformable (30).