Brevet FR2655109A1 — publié le 19910531

La présente invention concerne un élément de ma- tériau élastique destiné à être soumis à des efforts de compression dans une direction principale déterminée, et à être ainsi aplati entre deux de ses extrémités. Dans de nombreuses applications, notamment dans les dispositifs élastiques destinés à assurer la suspen- sion des moteurs à combustion interne sur les châssis des véhicules, il est nécessaire d'obtenir une faible raideur (faible module d'élasticité) lorsque le disposi- tif est soumis à de faibles contraintes de force, notam- ment en compression, et une raideur nettement plus élevée à partir du moment o les contraintes dépassent une valeur déterminée. La raison de cette exigence est que pour les faibles amplitudes des efforts qui s'exercent sur le dispositif, un bon amortissement des bruits et des vi- brations normales du moteur nécessite une très faible raideur du support Par contre, cette faible raideur deviendrait un inconvénient si elle subsistait pour les très fortes amplitudes des efforts de compression, telles que celles qui peuvent se produire lorsque le véhicule passe sur un nid-de-poule ou autre brutale discontinuité de la chaussée En effet, dans ce cas le dispositif élastique de support ne remplirait plus son rôle amortisseur, et l'arrivée en butée serait brutale. C'est donc la nécessité d'obtenir une mise en butée progressive même lorsque les efforts sont impor- tants et brutaux, s'apparentant à des chocs, qui impose d'établir des dispositifs dont la raideur soit fortement croissante lorsque les efforts de compression qui s'exercent sur eux augmentent. On connaît déjà des dispositifs de ce type, dans lesquels l'élément élastique est constitué par un bloc de caoutchouc ou d'élastomère comportant intérieurement des alvéoles Ces alvéoles confèrent au bloc un module d'élasticité relativement faible pour de faibles ef- forts, mais la raideur augmente brutalement lorsque, sous l'action d'efforts croissants, le bloc est comprimé jusqu'à écrasement complet des alvéoles. Le but de la présente invention est de perfec- tionner ce type de dispositifs de sorte à ce qu'ils présentent plusieurs échelons de raideurs, et même un nombre quelconque d'échelons, selon les applications. A cet effet, un élément élastique de support conforme à la présente invention sera essentiellement caractérisé en ce que, considéré dans le sens allant de l'une au moins de ces extrémités vers l'intérieur, il présente au moins un accroissement brusque de section, transversalement à ladite direction principale, grâce à quoi la raideur de l'élément peut augmenter dans une proportion notablement supérieure à l'accroissement desdits efforts à partir du moment o ceux-ci atteignent une valeur déterminée. En d'autres termes, l'élément de matériau élas- tique comporte extérieurement des parties de section réduite, ou plots, en saillie sur un corps central de section plus importante: lorsque les efforts de com- pression s'exerçant sur l'élément sont faibles, la raideur de l'élément reste faible, puisque ces efforts ne provoquent pratiquement que l'écrasement progressif des plots, lesquels ont bien entendu une faible raideur. Par contre, lorsque ces efforts dépassent une certaine valeur, prédéterminée, la raideur de l'élément augmente brusquement à partir du moment o les plots sont presque complètement écrasés. Par ailleurs, on comprend aussi que si chaque plot (ou un certain nombre d'entre eux) constitue le soubassement de plots extérieurs de section encore plus réduite, on aura une augmentation de raideur à deux échelons: une première augmentation brusque de raideur après écrasement pratiquement complet des plots exté- rieurs; une seconde augmentation brusque de raideur après écrasement pratiquement complet des plots de sou- bassement, ensuite de quoi c'est la raideur du corps de l'élément qui entre en jeu pour assurer les plus fortes raideurs et conférer à l'élément une fonction efficace de butée. Si, en outre, les premiers plots cités servent de soubassements, non pas chacun (ou seulement une partie d'entre eux) à un plot de section plus réduite mais à un étagement de plusieurs plots de section de plus en plus réduite en allant du corps vers l'extérieur, on conçoit que l'on obtiendra un corps à raideurs étagées ou éche- lonnées; si F désigne les efforts de compression et D l'aplatissement relatif de l'élément sous ces efforts, on pourra ainsi conférer à la courbe F = f(D) exactement la forme voulue, en choisissant de façon appropriée la forme, le nombre et la section des plots de chaque étage. Un élément conforme à l'invention pourra donc être encore caractérisé en ce qu'il est constitué d'un corps central recouvert, sur au moins deux de ses faces opposées, destinées à être soumises à des efforts de compression, d'un certain nombre d'étagements de plots, dont les sections se réduisent en gradins, en allant du corps vers l'extérieur. La forme de la section transversale de ces plots pourra bien entendu être extrêmement variée: circu- laire, carrée, rectangulaire, triangulaire etc Un même plot pourra aussi être lui-même de section variable, par exemple en cône, en pyramide etc, toutes formes et dis- positions étant théoriquement possibles. Conformément à l'invention, on pourra obtenir des possibilités supplémentaires en faisant en sorte que l'élément comporte des évidements de dimensions propres à se réduire sous l'effet des efforts de compression, la mise en contact mutuelle de leurs parois voisines provo- quant un accroissement brusque supplémentaire de la rai- deur de l'élément à partir du moment o lesdits efforts atteignent une valeur déterminée, supérieure à celle qui provoque l'écrasement desdits plots. Ces évidements peuvent être constitués par des interstices séparant au moins certains desdits plots, par exemple les plots de soubassement desdits étage- ments. Dans le cas d'un corps de forme générale cylin- drique, les interstices pourront être radiaux et d'es- pacements angulaires constants. En considérant qu'un élément de matériau élas- tique soumis à des contraintes de compression sur deux de ses faces opposées tend à se dilater latéralement, le principe général de l'invention peut mettre à profit cette caractéristique pour que l'élément présente encore une augmentation brusque de raideur à partir du moment o ces contraintes de compression dépassent un certain seuil Il suffira de prévoir à cet effet une mise en appui particulière des surfaces latérales de l'élément sur une pièce latérale de maintien à partir du moment o les efforts de compression atteindront ledit seuil. Cette mise en appui particulière pourra être obtenue soit par un dessin particulier de la pièce latérale de maintien, soit par un dessin particulier de la surface latérale de l'élément de matériau élastique, comme cela sera vu plus bas. Des modes d'exécution de l'invention vont main- tenant être décrits à titre d'exemples nullement limita- tifs avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue de dessous d'un élément élastique de support conforme à l'invention, dont le corps est de forme générale cylindrique; la figure 2 est une vue en coupe diamétrale selon la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue de dessus du même élément; la figure 4 montre schématiquement l'élément incorporé, en tant que butée de traction, au dispositif de support d'un moteur à combustion interne; la figure 5 montre schématiquement comment, grâce à l'invention, il est possible de modifier les courbes F = f(D) d'un élément élastique de support con- forme à l'invention; les figures 6 et 7 sont des vues de dessus partielles et combinées, montrant des variantes pos- sibles de la forme de l'élément élastique de support; les figures 8 à 10 (a et b) sont des vues en coupe verticale montrant encore d'autres formes pos- sibles des éléments élastiques; les figures 11 et 12 montrent en coupe verti- cale la superposition de plusieurs éléments élastiques conformes à l'invention; la figure 13 montre, en deux demi-vues en coupe transversale, le principe d'un élément de support con- forme à l'invention pourvu de pièces de liaison à re- bords latéraux propres à faire intervenir une variation de raideur transversalement à la direction principale des efforts de compression; la figure 14 est une vue semblable à celle de la figure 13, montrant une variante de ce principe; la figure 15 montre un élément élastique con- forme à l'invention, dont les surfaces latérales inté- rieures et extérieures portent des plots ou des nervures propres à conférer à l'élément une variation de raideur transversalement à la direction principale des efforts de compression; la figure 16 montre deux demi-coupes axiales d'un élément élastique de support conforme à l'invention, pourvu de ses pièces de liaison et apte à constituer à la fois une butée de compression et une butée de traction; et la figure 17 montre les éléments élastiques de la figure 16 vus de dessus. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, l'élément de matériau élastique 1 se présente sous la forme générale d'un disque cylindrique percé en son centre d'un trou 2 élargi à sa partie inférieure, en 3, l'axe de ce trou, qui sert à assurer la fixation de l'élément sur une tige de liaison à un corps quelconque, étant dirigé selon ce que l'on a appelé plus haut "la direction principale", à savoir celle des efforts de compression que l'élément est destiné à supporter. L'élément 1, en élastomère moulé d'une pièce, comporte un corps central 4 recouvert, sur chacune de ses deux faces opposées, d'une première série de plots 5 de section réduite, en forme de secteurs de cercle d'angles au centre égaux et équiangulairement séparés par des interstices radiaux 6 Chaque plot 5 sert de soubassement à un plot extérieur de section notablement plus faible, 7. La figure 4 montre comment cet élément 1 peut être utilisé pour supporter des efforts de compression tout en servant de butée de traction, dans un système de suspension de moteur de véhicule Le moteur est schéma- tisé en M et le châssis du véhicule en C Par l'intermé- diaire de l'épaulement E d'une tige T et d'une plaque de butée Pi, le moteur M est supporté par un bloc d'élasto- mère B qui peut être classique ou à alvéoles internes et qui est en appui sur le châssis C. L'élément 1 conforme à l'invention est comprimé entre le même châssis C, par en dessous, et une autre plaque de butée, P 2, en forme de cuvette, dont le fond est engagé dans la partie élargie 3 du trou qui traverse l'élément et est maintenu en place par la tête t de la tige T. On voit qu'un élément 1 ainsi disposé permettra de limiter les débattements du moteur M vers le haut, lorsqu'une traction sera exercée sur la tige T. Pour les faibles débattements, l'écrasement de l'élément 1 entre le châssis C et la plaque P 2 se limi- tera à un écrasement des plots extérieurs 7 La raideur de l'élément sera donc très faible; cette phase peut être considérée comme illustrée par la portion de courbe O-Ml sur le graphique F = f(D) de la figure 5 Pour des débattements un peu plus importants, l'écrasement des plots 7 est complet, et intervient alors l'écrasement progressif des plots de soubassement 5, ce qui peut être considéré comme illustré par la partie de courbe à plus grande pente Ml-M 2 sur la figure 5, qui montre une au- gmentation considérable de la raideur Lorsque les plots sont fortement écrasés, le bombement de leurs parois latérales amène ces parois en contact mutuel, moment à partir duquel (en M 2) sur le graphique, la raideur au- gmente encore pour devenir pratiquement, entre M 2 et M 3, celle du corps central 4 de l'élément On obtient ainsi l'effet de butée requis, mais avec une progressivité de l'augmentation de la raideur entre la raideur la plus faible et la raideur la plus élevée. La figure 5 montre d'autres évolutions possibles de la courbe, telles que M 1-M 4-M 5, que l'on peut obtenir avec d'autres configurations ou formes des plots ou des interstices entre plots. D'autres formes et configurations sont montrées en plan aux figures 6 et 7, avec des références numé- riques correspondant à celles des figures 1 à 3 pour dé- signer les parties analogues respectives des éléments. On voit que certains plots 5 peuvent servir de soubasse- ments à des étagements de plots tels que 7, 7 ', ce qui permet, en cas de besoin, d'affiner encore la courbe F = f(D). Les figures 8 à 10 (a et b) montrent en coupe quelques autres formes possibles des plots et des inter- stices d'éléments élastiques 1 encore conformes à l'in- vention, les modes de réalisation des figures i Qa et l Ob étant à structures décalées. Les figures 11 et 12 montrent d'autres variantes, à stuctures superposées, qui permettent d'augmenter en- core le nombre de possibilités quant à la forme de la courbe F = f(D) Dans ces derniers modes de réalisation, on voit que l'on peut créer en outre des alvéoles tels que 8, entre deux éléments 1 superposés, l'écrasement de ces alvéoles procurant un degré supplémentaire d'augmen- tation de la raideur. Dans les modes de réalisation de la figure 13, on a montré la possibilité de mettre en oeuvre de diffé- rentes manières des appuis latéraux, et leur forme par- ticulière, pour créer les augmentations requises de rai- deur à partir du moment o l'effort de compression at- teint une valeur prédéterminée On a représenté dans cette figure des plaques de compression 9, 9 ' et 10, '. La plaque 9 a un rebord assez important 12, propre à coopérer avec la paroi latérale 11 du corps 4 de l'élément 1 de matériau élastique En jouant sur la hauteur x et sur l'intervalle y, on voit que l'on peut déterminer à partir de quelle dilatation latérale la paroi 11 viendra en appui sur le rebord 12, et de quelle façon on pourra ainsi faire augmenter la raideur de l'élément 1. La plaque 10 est une plaque plane, mais avec un tronçon tubulaire 13 pénétrant dans le trou axial 2 du corps 4 avec un espacement qui là encore pourra faire intervenir dans les conditions voulues un accroissement de la raideur de l'élément 1. La plaque 9 ' possède un rebord 12 ' moins impor- tant que le rebord 12, et plus espacé de la paroi latérale 11 du corps 4, ce qui fera intervenir plus tardivement l'augmentation de raideur, et de façon moins importante qu'avec le rebord 12. Enfin, la plaque 10 ' comporte un rebord 13 ' éva- sé, et c'est en jouant sur l'angle d'évasement " que l'on pourra contrôler le mode d'augmentation de la rai- deur de l'élément 1. Dans les modes de réalisation de la figure 13, on a donc la combinaison d'augmentations de la raideur axiale et de la raideur radiale de l'élément. Une autre variante est représentée à la figure 14, dans laquelle le corps 4 de l'élément élastique 1 est contenu entre des plaques 14 à rebords et un axe central 15 traversant complètement l'élément La faible raideur axiale -pour des efforts de compression modérés- est assurée ici par les plots 5 et la faible raideur radiale, également pour des efforts modérés, est assurée par des nervures circulaires de relativement faible épaisseur, extérieure 16, propre à coopérer avec le re- bord 17, et intérieure 18, propre à coopérer avec l'axe , ces deux nervures s'écrasant ainsi progressivement au fur et à mesure de l'augmentation des efforts axiaux qui s'exercent sur les plaques 14. La figure 15 montre différentes formes possibles des nervures extérieures et intérieures d'un autre élé- ment 1 conforme à l'invention; intérieurement on peut également prévoir des plots tels que 19, ou encore des nervures longitudinales 20. Aux figures 16 et 17 on a représenté un système de suspension complet, comportant une butée de compres- sion 21 et une butée de traction 22 comportant des élé- ments de matériau élastique conformes à l'invention. L'élément 1 de la butée de compression 21 est comprimé entre une plaque de châssis 23 à collet 24, et le fond 25 d'une cuvette d'appui à rebord de guidage et d'appui latéral 26 Il comporte des plots de soubassement 5 séparés par des encoches à section triangulaire 6 et portant eux-mêmes des plots à section réduite 7 en butée sur le fond 25 De même, il comporte à sa partie inférieure des plots à section réduite 7 ' en appui sur la plaque de châssis 23 et portés par des plots de soubassement séparés par des encoches 6 '. Quant à l'élément 1 ' de la butée de traction 22, il est comprimé, par en dessous, entre la plaque de châssis 23 et une autre plaque de butée 27 fixée par un boulon 28 à l'extrémité inférieure d'un axe 29 dont l'autre extrémité est fixée sur le fond 25, par exemple par soudage. L'élément 1 ' comporte de même des plots de faible section 7 "et 7 '" portés par un corps 4 ' avec, pour les plots 7 ", le soubassement de plots intermédiaires de section plus importante 5 ' également séparés par des in- terstices, par exemple des interstices radiaux. On voit cependant à la partie supérieure de la figure 16 et à la figure 17 que les interstices 6 sont parallèles entre eux, de même que les interstices 6 ', ce qui confère à l'élément 1 des raideurs radiales diffé- rentes On peut encore augmenter la dissymétrie des rai- deurs transversales en conférant à la section transver- sale de l'élément une forme non pas circulaire, comme représenté sur la partie gauche du dessin, mais une forme elliptique, comme représenté sur la partie droite. REVENDICATIONS 1 Elément de matériau élastique destiné à être soumis à des efforts de compression dans une direction principale déterminée, et à être ainsi aplati entre deux de ses extrémités, caractérisé en ce que, considéré dans le sens allant de l'une au moins de ces extrémités vers l'intérieur, il présente au moins un accroissement brusque de section, transversalement à ladite direction principale, grâce à quoi la raideur de l'élément peut augmenter dans une proportion notablement supérieure à l'accroissement desdits efforts à partir du moment o ceux-ci atteignent une valeur déterminée. 2 Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un corps central ( 4} recou- vert, sur au moins deux de ses faces opposées, destinées à être soumises à des efforts de compression, d'un cer- tain nombre de plots ( 5) de section réduite, en saillie sur la surface dudit corps. 3 Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une partie desdits plots ( 5) de sec- tion réduite servent de soubassement à des plots exté- rieurs ( 7) de section encore plus réduite que les précé- dents. 4 Elément selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce qu'il est cons- titué d'un corps central ( 4) recouvert sur au moins deux de ses faces opposées, destinées à être soumises à des efforts de compression, d'un certain nombre d'étagements de plots ( 5, 7), dont les sections se réduisent en gradins, en allant du corps ( 4) vers l'extérieur. Elément selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des évidements ( 6) de dimensions propres à se réduire sous l'effet des efforts de compression, la mise en contact mutuelle de leurs parois voisines provoquant un accrois- sement brusque supplémentaire de la raideur de l'élément à partir du moment o lesdits efforts atteignent une valeur déterminée, supérieure à celle qui provoque l'écrasement desdits plots. 6 Elément selon la revendication 5, caractérisé en ce que ces évidements sont constitués par des inter- stices ( 6) séparant au moins certains ( 5) desdits plots. 7 Elément selon les revendications 4 à 6, carac- térisé en ce que lesdits interstices ( 6) séparent au moins les plots de soubassement ( 5) desdits étagements ( 5, 7). 8 Elément selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé par un corps ( 4) de forme générale cylindrique et par des interstices ( 6) radiaux, d'espacements d'angulaires constants. 9 Elément selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que les interstices ( 6, 6 ') débouchant sur une même face de l'élément sont pa- rallèles entre eux. Elément selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que ses parois la- térales extérieures ( 14) et/ou intérieures -dans le cas o il comporte un évidement axial présentent également des parties de section réduite, réalisées sous la forme de rainures ( 18, 20) et/ou de plots ( 16, 19), propres à coopérer avec des surfaces latérales d'appui ( 12, 12 ', 13 ', 17, 26) correspondantes pour conférer à l'élément un brusque accroissement de raideur transversale à par- tir du moment o il est soumis à un effort de compres- sion prédéterminé dans ladite direction principale.