Brevet FR2645930A1 — publié le 19901019

Cette invention se rapporte à une bague élas- tique du type qui comprend un élément rigide intérieur, un élément rigide extérieur qui entoure l'élément rigide intérieur et en est espacé, et une couche intercalaire en matière élastomère élastique qui s'étend entre les élé- ment rigides intérieur et extérieur et les assemble. L'invention concerne en particulier une bague élastique du type décrit ci-dessus et dans laquelle la couche in- tercalaire en matière élastomère élastique est munie d'un renforcement noyé, destiné, entre autres, à augmenter la rigidité radiale de la bague comparativement à larigidi- té radiale qu'elle présenterait si la couche intercalaire n'était pas renforcée. L'invention concerne en outre, bien que- non exclusivement, une bague élastique possédant un renfor- cement noyé comme celle qu'on a décrit ci-dessus et dans laquelle la matière élastomère est précomprimée radiale- ment. Dans une forme connue de bague élastique de ce type, le renforcement noyé est muni d'une insertion tubu- laire en acier. Cette insertion est agencée pour diviser la couche intercalaire élastomère élastique en parties tubulaires radialement intérieure et radialement extéri- eure, et dans la technique classique, ces parties sont toutes deux fixées à l'insertion par adhérence. La pré- compression radiale de la couche intercalaire est obtenue par un rétreint de l'élément rigide extérieur pour pré- comprimer la partie tubulaire radialement extérieure de la couche intercalaire, et la partie tubulaire radia- lement intérieure de la couche intercalaire est ensuite soumise à une précompression par dilatation de l'élément rigide intérieur, lequel doit donc pour cela être d'une forme de section tubulaire. Bien que la forme de bague décrite dans le pa- ragraphe précédent présente de bonnes performances et une bonne résistance à la fatigue lorsqu'elle est utilisée dans de nombreuses applications, elle est affectée de l'inconvenient d'être longue et coûteuse à fabriquer en raison de la nécessité d'effectuer deux opérations, à sa- voir une opération de rétreint et une opération de dila- tation, pour assurer la précompression des deux parties, radialement intérieure et radialement extérieure, de la couche intercalaire en matière élastomère élastique ren- forcée. En outre, la bague doit nécessairement posséder un élément rigide intérieur tubulaire et non pas plein. Par ailleurs, pour certaines applications, on constate que la résistance à la fatigue de la bague élastique n'est pas aussi bonne qu'on le désire. Pour éviter la nécessité d'exécuter à la fois des opérations de rétreint et de dilatation et également pour permettre d'utiliser des éléments rigides intérieur de section pleine, il a déjà été proposé de faire usage d'un renforcement de couche intercalaire comprenant deux coquilles semicylindriques en acier qui, comme dans le oas d'un renforcement d'acier tubulaire, sont fixées aux parties radialement intérieure et radialement extérieure de la couche intercalaire. Pendant l'assemblage initial, les bords longitudinaux adjacents des coquilles sont agencés pour être légèrement espacés dans la direction ciroonférentielle. A la suite du rétreint de l'élément rigide extérieur, la partie extérieure de la couche in- tercalaire est comprimée et tend à rapprocher les bords adjacents des coquilles l'un de l'autre, pour déterminer également une compression de la partie radialement inté- rieure de la couche intercalaire, sans que ceci n'exige de dilatation de l'élément rigide intérieur. L'utilisation d'un renforcement composé d'une paire de coquilles semicylindriques améliore donc la facilité de fabrication et permet aussi d'utiliser un élément rigide intérieur d'une forme de section massive. Malheureusement, ces avantages sont fréquemment compensés dans de nombreuses applications du produit par une réduc- tion de la résistance à la fatigue. Notamment, il peut se produire des contraintes indésirables au droit des bords longitudinaux adjacents des coquilles, contraintes qui sont concentrées dans les régions de ces bords longitudi- naux et ceci conduit à une défaillance prématurée de la bague par fatigue. On risque aussi d'éprouver des diffi- cultés pour positionner correctement les coquilles dans l'outil de moulage. La présente invention vise dans son aspect le plus large, à réaliser une bague élastique perfectionnée du genre possédant une couche intercalaire renforcée. Dans un autre de ses aspects, l'invention vise à réaliser une bague élastique perfectionnée, précomprimée radiale- ment, qui possède la facilité de fabrication des bagues du type qui comporte des renforcements formés de coquil- les semi-cylindriques, qui ne nécessite pas l'utilisation d'un élément rigide intérieur d'une forme de section creuse et qui puisse être conçue de manière à posséder une bonne resistance à la fatigue. Selon la présente invention, la couche interca- laire en matière élastomère élastique contenue dans une bague élastique est renforcée par une couche de renfor- cement tubulaire faite d'une matière qui est capable de se déformer en réponse à des forces de compression qui se manifestent dans une partie tubulaire radialement inté- rieure ou radialement extérieure de la couche interca- laire. La couche de renforcement tubulaire est de pré- férence capable de répondre à des forces de compression de cette nature, qui s'exercent par suite de la dilata- tion radiale ou de la contraction radiale d'un élément rigide intérieur ou extérieur respectif, en provoquant une compression radiale de l'autre desdites parties tu- bulaires radialement intérieure et radialement extérieure de la couche intercalaire. Pour éviter toute confusion, il est indiqué que, dans le présent mémoire, le terme "déformation" est uti- lisé pour signifier un changement de forme qui peut être un changement de forme localisé, aussi bien qu'un change ment de dimension qui ne comporte pas nécessairement un changement de forme. Selon l'invention, la couche de renforcement tubulaire est d'une matière non métallique, contrairement à l'acier utilisé dans la technique classique. En conséquence, selon l'invention, on doit faire usage d'un renforcement d'un type tubulaire en une seule pièce, par opposition à un ensemble composite de coquil- les, et le renforcement doit être fait d'une matière qui, contrairement à la haute rigidité de l'acier utilisé classiquement, est sensiblement semi-rigide. La matière de renforcement semi-rigide devrait être une matière possédant un module d'élasticité de l'intervalle de,5 000 à 70 000 kgf/cm2 et, dans un mode davantage préféré, dans l'intervalle de 16 000 à 30 000 kgf/cm. De cette façon, si l'on exécute une opération de rétreint sur l'élément rigide extérieur, ceci provoquera une compression radiale de la partie extérieure de la couche intercalaire élastomère élastique et créera aussi des contraintes circonférentielles de compression dans le renforcement tubulaire pour assurer, grace au module d'élasticité de la matière du renforcement, une compres- sion radiale consécutive de la partie radialement intéri- eure de la couche intercalaire en matière élastomère élastique. Inversement, si l'on exécute une opération de dilatation sur l'élément rigide intérieur, lorsque ce- lui-ci est d'une forme tubulaire, cette opération peut être-utilisée pour comprimer radialement la partie radia- lement intérieure de la couche intercalaire, pour créer en conséquence des contraintes circonférentielles de tension dans le renforcement tubulaire, et provoquer de cette façon une dilatation radiale du renforcement tubu- laire qui est suffisante pour déterminer une compression radiale voulue de la partie extérieure de la couche in- tercalaire élastomère élastique. En général, on prévoit que la compression radiale de l'élément rigide extérieur sera plus avantageuse à exécuter et aura l'avantage de permettre de réaliser la compression de la partie ra- dialement intérieure de la couche intercalaire plus faci- lement qu'on ne réaliserait la compression de la partie radialement extérieure par dilatation de l'élément rigide intérieur. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu que la couche intercalaire en matière élastomère élastique est renforcée par une couche de renforcement tubulaire faite d'une matière possédant une résistance à la flexion de l'intervalle de 600 à 2 500 kgf/cm2 et, de préférence, une résistance à la flexion de l'intervalle de 900 à 1 000 kgf/cm2. On estime qu'en prévoyant une couche de renfor- cement tubulaire faite d'une matière possédant une résis- tance à la flexion comprise dans le large intervalle cité au paragraphe précédent, le renforcement est capable de se déformer de façon appropriée lorsque la bague est le siège d'un mouvement relatif radial ou d'un mouvement conique entre les éléments rigides intérieur et extéri- eur, et en conséquence capable d'éviter ou de réduire la manifestation de niveaux indésirablement élevés de con- centrations de contraintes qui, normalement, affecte- raient défavorablement la résistance à la fatigue de la bague. En général, les matières possédant une résis- tance à la flexion contenue dans le large intervalle précité et, de préférence dans l'intervalle restreint, se prêtent bien à la constitution d'une couche de renfor- cement tubulaire d'une épaisseur qui est suffisante pour fournir l'effet de renforcement voulu pour raidir la bague, en particulier pour résister à un déplacement radial relatif entre les éléments rigides intérieur et extérieur, mais qui est par ailleurs suffisamment com- pressible et dilatable dans la direction circonfé- rentielle pour assurer si on le désire la transmission d'une compression radiale de la partie radialement.in- térieure ou radialement extérieure de la couche inter- calaire à l'autre partie de la couche intercalaire. Selon la présente invention, il est par ailleurs préféré que, dans l'utilisation de la bague, la couche de renforcement tubulaire ne puisse se déformer que dans sa limite élastique. De cette façon, elle tendra elle-même à revenir à sa forme et à sa configuration initiales lors- que la bague est déchargée des efforts appliqués de l'ex- térieur. Les matières non métalliques particulièrement bien appropriées pour former la couche de renforcement tubulaire comprennent des matières plastiques telles que des polyamides, le nylon 6 et le nylon 66, un acétal, Hytrel et Delrin. La couche de renforcement peut être d'une construction du type textile mais, en général, elle n'aura pas une résistance à la flexion suffisamment éle- vée et il est donc envisagé que, normalement la couche de renforcement tubulaire sera formée d'une couche tubulaire de matière non textile. Toutefois, la couche de renfor- cement tubulaire peut comprendre un renforcement noyé. C'est ainsi que, par exemple, le renforcement tubulaire peut comprendre un manchon tubulaire en nylon 6 qui contient un renforcement incorporé de fibres de verre coupées, de billes ou de sphères, ou d'une matière tis- sée. La couche de renforcement tubulaire peut être munie d'au moins une ouverture dans sa paroi. Ceci faci- lite l'écoulement de la matière radialement vers l'inté- rieur ou vers l'extérieur à travers la couche de renfor- cement pendant l'opération de moulage qui forme les par- ties radialement intérieure et radialement extérieure de la couche intercalaire élastomère élastique. Ceci se traduit également par la continuité et par une solidari- sation mécanique entre les matières moulées desdites parties radialement intérieure et radialement extérieure de la couche intercalaire. La couche de renforcement est de préférence munie d'au moins une série circonféren- tielle d'ouvertures. Il est envisagé que l'épaisseur ra- diale de la couche de renforcement tubulaire doit ty- piquement être contenue dans l'intervalle de 15 % à 25 % de l'écartement radial des surfaces opposées des éléments rigides intérieur et extérieur. Ceci est à comparer sur une base moyenne, aux renforcements tubulaires ou semi-cylindriques en acier utilisés jusqu'à présent et qui ont typiquement une épaisseur de l'intervalle de 10 % à 20 % de l'écartement radial des surfaces opposées des éléments rigides intérieur et extérieur. Pour faciliter encore davantage la réduction ou l'élimination des concentrations de contraintes, chaque partie d'extrémité axiale de la couche de renforcement tubulaire est d'une épaisseur de paroi réduite, compa- rativement à la partie médiane de la couche. Les surfaces intérieure et extérieure de la couche de renforcement peuvent être conformées de manière à munir la couche de régions d'extrémités d'une forme conique. Une forme de réalisation de l'invention sera à présente décrite uniquement à titre d'exemple en regard des dessins schématiques annexes sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une bague élastique selon la présente invention la figure 2 est une vue en bout de la bague élastique de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une variante de manchon qui peut être utilisée dans la bague élastique des figures 1 et 2; et la figure 4 est une vue en bout du manchon de la figure 3. Une bague élastique 10 d'une forme de section circulaire comprend, comme on l'a représenté sur les figures 1 et 2, des éléments rigides tubulaires intérieur et extérieur 11, 12, formés tous deux d'acier et une couche intercalaire élastomère élastique 13 en deux par- ties, faite de caoutchouc naturel, qui s'étend entre les surfaces opposées des éléments rigides 10, 11 et est fixée à ces surfaces. La couche intercalaire en caoutchouc 13 est ren- forcée d'un manchon tubulaire 14 en nylon 66 qui divise la couche intercalaire en parties radialement intérieure et radialement extérieure 16, 15 qui sont toutes deux fixées au manchon 14. Le manchon 14 est formé de nylon 66 et, sur la majeure partie de sa longueur, il présente une épaisseur de 1,5 mm, qui représente 23 % de la distance dont les surfaces opposées intérieure et extérieure des éléments rigides intérieur et extérieur sont espacées radialement. Les parties d'extrémités axiales de la paroi du manchon 14 sont d'une section conique; ceci est obtenu en formant des chanfreins sur les surfaces in- térieure et extérieure du manchon 14, à chacune de ses extrémités axiales. La matière nylon 66 possède une résistance à la flexion de 880 kgf/cm2 et un module d'élasticité de 18 000 kgf/cm. Le manchon 14 possède dans ce cas une épais- seur de 1>5 mm, une longueur de 39 mm et un diamètre moyen de 24,5 mm. La longueur axiale de l'élément rigide extérieur est plus petite que celle de l'élément rigide intérieur et la longueur axiale du manchon est comprise entre cel- les des éléments rigides intérieur et extérieur. Le man- - chon 14 est disposé sensiblement à mi-chemin dans la direction radiale entre les éléments rigides intérieur et extérieur mais il est légèrement plus rapproché de l'élé- ment rigide intérieur, de sorte que les parties inté- rieure et extérieure 16, 15 de la couche intercalaire élastique sont sensiblement de même volume. L'élément rigide intérieur est d'une épaisseur de paroi relativement forte et il est muni, entre les ré- gions d'extrémités 17, d'un évidement circonférentiel 18 d'une longueur axiale qui correspond à la longueur axiale du manchon 14. Après l'assemblage de la bague élastique, comme on l'a décrit plus haut, et la fixation des surfaces op- posées des éléments rigides et du manchon aux parties respectives de la couche intercalaire élastomère 13, la partie radialement extérieure 15 de la couche intercalai- re est mise dans un état de précompression par une con- traction radiale de l'élément rigide extérieur 12. En conséquence, le manchon 14 est soumis à des contraintes circonférentielles de compression et diminue de diamètre, pour effectuer de cette façon une compression de la par- tie inférieure 16 de la couche intercalaire élastomère contre la surface extérieure de l'élément rigide inté- rieur. Dans une 'bague élastique selon un aspect de l'invention, on fait usage d'un type différent de manchon de renforcement tubulaire 20, comme représenté sur les figures 3 et 4. Le manchon 20 est formé de nylon 66 et il est muni, entre ses extrémités, de deux séries 21, espa- cées axialement, d'ouvertures 22 de forme circulaire. Chaque série 21 comprend quatre desdites ouvertures qui sont uniformément espacées dans la direction circonfé- rentielle. Les parties d'extrémité axiales du manchon 20 peuvent présenter une forme en U vue en coupe, comme on l'a représenté sur la figure 3, ou encore, elles peuvent être chanfreinées de la façon décrite pour le manchon 14 de la figure 1. L'utilisation du type ajouré de manchon facilite la formation des parties intérieure et extérieu- re 16, 15 de la couche intercalaire en caoutchouc 13 par une opération de moulage en place, dans laquelle la ma- tière moulable peut s'écouler à travers la paroi du man- chon et dans laquelle, on peut obtenir une liaison d'as- semblage mécanique entre les parties intérieure et exté- rieure 16, 15. Il est facile de comprendre à la lecture de ce qui précède que le fait d'utiliser dans une bague élas- tique une couche de renforcement du type spécifié et qui représente une différence notable vis-à-vis des pratiques établies depuis longtemps dans la technique de fabrica- tion et de la conception des bagues élastiques, facilite la fabrication et apporte la possibilité d'utiliser des éléments rigides intérieurs de type tubulaire sans aucun inconvénient notable tel qu'une limitation de la résis- tance à la fatigue.En fait, on estime que I'utilisation d'une couche de renforcement du genre décrit dans le pré- sent mémoire, et conformément à la présente invention, conduit à une amélioration extr&ment utile de la résis- tance à la fatigue, comparativement à celle qu'on observe dans les bagues classiques d'une conception connue de longue date. Bien que l'invention ait été décrite en parti- culier à propos d'une bague élastique dans laquelle la couche intercalaire en élastomère renforcée peut être soumise à une précontrainte radiale par dilatation de l'élément rigide intérieur ou par compression de l'élé- ment rigide extérieur, dans une forme modifiée, la ma- tière élastomère n'est pas précomprimée radialement, ou bien elle est précomprimée radialement par d'autres moyens. C'est ainsi que, dans une forme modifiée, on réa- lise une bague dans la forme représentée sur les figures 1 à 4, mais sans precompression radiale de la couche in- tercalaire de caoutchouc 13. R E V E N D I C A T I ONS 1. Bague élastique comprenant un élément rigide intérieur (11), un élément rigide extérieur (12) qui en- toure l'élément rigide intérieur et en est espacé, et une couche intercalaire (13) de matière élastomère élastique qui s'étend entre les éléments rigides intérieur et exté- rieur et qui les assemble, caractérisée en ce que ladite couche intercalaire (13) en matière élastomère élastique est renforcée par une couche de renforcement tubulaire faite d'une matière qui est capable de se déformer en réponse à des forces de compression qui se manifestent dans une partie tubulaire, radialement intérieure ou ra- dialement extérieure (16, 15) de la couche intercalaire (13). 2. Bague élastique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de renforcement tubu- laire (14) est faite d'une matière qui est sensiblement semi-rigide. 3. Bague élastique comprenant un élément rigide intérieur (11), un élément rigide extérieur (12) qui en- toure l'élément rigide intérieur et en est espacé, et une couche intercalaire (13) de matière élastomère élastique qui s'étend entre les éléments rigides intérieur et exté- rieur et les assemble, caractérisée en ce que ladite cou- che intercalaire (13) de matière élastomère élastique est renforcée par une couche de renforcement tubulaire (14) faite d'une matière possédant une résistance de flexion contenue dans l'intervalle de 600 à 2 500 kgf/cm2. 4. Bague élastique selon la revendication 3, caractérisée en ce que la matière de ladite couche de renforcement tubulaire (14) possède une résistance à la flexion de l'intervalle de 900 à 1 000 kgf/cm. 5. Bague élastique selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche de renforcement tubulaire (14) est une couche de matière non métallique. 6. Bague élastique selon une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que ladite couche de renforcement tubulaire (14) est capable de se déformer en réponse à des forces de compression qui se manifestent dans la matière élastomère par suite d'une dilatation radiale ou d'une contraction radiale de l'élé- ment rigide intérieur ou extérieur (11, 12) respecti- vement, pour provoquer de cette façGon une compression radiale de l'autre des parties tubulaires, radialement intérieure ou radialement extérieure (16, 15) de la couche intercalaire (13). 7. Bague élastique selon la revendication 6, caractérisée en ce que les parties (16, 15) de la couche intercalaire de matière élastomère élastique qui se trou- vent respectivement à l'intérieur et à l'extérieur de la couche de renforcement tubulaire sont en compression ra- diale. 8. Bague élastique selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'élément rigide extérieur (12) est un élément qui a été soumis à une compression pour provoquer une compression résiduelle des parties inté- rieure et extérieure (16, 15) de la couche intercalaire (13) de matière élastomère élastique. 9. Bague élastique selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche de renforcement tubulaire (14) est d'un type qui, dans l'utilisation normale de la bague élastique, tendra de lui-même à revenir à sa forme et à sa configuration initale lorsque la bague est déchargée des contraintes appliquées de l'extérieur. 10. Bague élastique selon une.quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche de renforcement tubulaire (14) est formée à partir d'une couche de matière non textile. 11. Bague élastique selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'épaisseur radiale de la couche de renforcement tubu laire (14) est comprise entre l'intervalle de 15 % à 25 % de l'écartement radial des surfaces opposées des éléments rigides intérieur et extérieur. 12. Bague élastique selon la revendication 11, caractérisée en ce que ladite épaisseur de la couche de renforcement tubulaire (14) est dans l'intervalle de 20 % à 25 % de l'écartement radial des surfaces opposées des éléments rigides intérieur et extérieur (16, 15). 13. Bague élastique selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche de renforcement tubulaire (14) est munie d'au moins une ouverture (22) dans sa paroi. 14. Bague élastique selon la revendication 11, caractérisée en ce que la couche de renforcement tubu- laire (14) est munie d'au moins une série circonfé- rentielle d'ouvertures (22). 15. Bague élastique selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins une region d'extrémité axiale de la couche de renforcement tubulaire (14) est réduite en épaisseur comparativement à la région axialement centrale.