Brevet FR2660387A1 — publié le 19911004

La présente invention concerne un support élasto- mère et en particulier, mais non exclusivement, un support élastomère destiné à être utilisé pour former une suspen- sion à basse fréquence pour la cabine d'un véhicule. L'invention concerne également un système de suspension comportant une pluralité desdits supports. On exige habituellement, dans une suspension pour une cabine de véhicule, notamment une suspension de la ca- bine d'un véhicule routier, qu'elle présente, pour le confort du conducteur, des caractéristiques de faible rigi- dité à basse fréquence dans une gamme étendue de fléchisse- ments dynamiques dans des conditions normales de chargement de la cabine On utilise habituellement un matériau élasto- mère afin de satisfaire à cette exigence et il est connu de prévoir une suspension de cabine de véhicule comprenant un couple d'éléments métalliques tubulaires disposés coaxiale- ment l'un dans l'autre et interconnectés par un élément an- nulaire réalisé en un matériau élastomère fixé aux éléments tubulaires L'élément élastomère annulaire est orienté de telle sorte que la charge normale de la cabine agit dans une direction parallèle à l'axe longitudinal des éléments tubulaires et, par conséquent, un déplacement vertical de la cabine par rapport à la carrosserie du véhicule est ab- sorbé au moyen d'une flexion de cisaillement du matériau élastomère Bien que la suspension obtenue puisse avoir des performances satisfaisantes, elle présente l'inconvénient de nécessiter des dimensions importantes pour permettre l'amplitude de flexion de cisaillement, nécessaire pour ab- sorber la gamme étendue souhaitable de flexions dynamiques dans des conditions normales de charge de la cabine Elle présente également l'inconvénient de requérir souvent l'utilisation de moyens additionnels d'amortissement et de ne pas présenter une rigidité conique suffisamment élevée. La présente invention a pour but d'indiquer, pour son utilisation dans une suspension d'une cabine de véhi- cule, un support possédant une structure plus compacte que celle connue jusqu'alors. Conformément à la présente invention, un support élastomère comprend un couple d'éléments rigides disposé de manière à définir entre eux un espace annulaire, et un couple d'éléments annulaires réalisés en un matériau élas- tomère, situés dans ledit espace annulaire et disposés cha- cun de manière à s'étendre entre lesdits éléments rigides et à les raccorder auxdits éléments annulaires et disposés axialement dans la direction du déplacement longitudinal relatif des éléments rigides de manière à définir entre eux et lesdits éléments rigides une chambre pour un fluide, et dans lequel chacun desdits éléments annulaires réalisés en un matériau élastomère possède une forme qui se déforme sous l'effet à la fois de déplacements de cisaillement et de flexion dans le cas d'un déplacement longitudinal rela- tif des éléments rigides, chaque élément étant cependant sensiblement inextensible, ce qui a pour effet qu'une va- riation de la pression du fluide dans la chambre n'entraîne aucune modification importante du volume de la chambre, et le support élastomère comprend en outre des moyens intégrés d'amortissement agencés de manière à produire un effet d'amortissement en plus de celui fourni par les éléments annulaires réalisés en un matériau élastomère, pendant le déplacement longitudinal relatif des éléments rigides, les- dits moyens d'amortissement étant des moyens d'amortissement fluidique comprenant ladite chambre pour le fluide, remplie par un fluide sensiblement incompressible, et un élément de séparation porté par les éléments rigides intérieurs et déplaçable avec ces derniers à l'intérieur de la chambre pendant le déplacement longitudinal relatif des éléments rigides, ce qui permet d'obtenir un effet d'amortissement, l'élément de séparation comprenant un coussinet en forme de tampon élastomère annulaire dont au moins une partie est compressible transversalement de ma- nière à s'opposer au déplacement relatif excessif entre au moins une partie de l'élément de séparation et l'un des éléments rigides extérieurs dans une direction transversale perpendiculaire à la direction dudit déplacement longitudi- nal relatif. De préférence, le matériau élastomère du coussi- net formant tampon élastomère annulaire est soumis à une compression lorsque le déplacement relatif des éléments ri- gides dans ladite direction transversale dépasse une ampli- tude prédéterminée. L'élément de séparation peut être agencé de ma- nière à glisser, d'une manière étanche au fluide, sur une surface de l'élément rigide extérieur. Chaque élément annulaire formé par le matériau élastomère est de préférence fixé à chacun des éléments ri- gides (ou à un élément rigide intermédiaire destiné à être associé à l'un desdits éléments rigides) Chaque élément peut être conformé et agencé de manière que, lorsqu'une charge est appliquée dans ladite direction longitudinale, l'élément élastomère annulaire se déforme depuis un état initialement non placé sous contrainte, au moyen d'un flam- bement et d'un déplacement de cisaillement, en présentant une caractéristique de rigidité régressive. Chaque élément annulaire formé du matériau élas- tomère s'étend de préférence entre des surfaces des élé- ments rigides intérieur et extérieur, dont l'écartement mi- nimum dans ladite direction transversale est égal au moins à l'épaisseur minimale de l'élément annulaire dans ladite direction de déplacement longitudinal relatif. Chaque élément annulaire du matériau élastomère comprend, de préférence entre ses pourtours intérieur et extérieur, une section annulaire dont l'épaisseur, considé- rée dans la direction longitudinale, est inférieure à l'épaisseur de l'élément, dans ladite direction, au niveau d'au moins l'une des régions périphériques intérieure et extérieure Les deux éléments annulaires peuvent posséder des structures correspondantes. De préférence, lorsque l'on considère un plan en coupe transversale longitudinale, l'épaisseur minimale de l'élément annulaire dans la direction longitudinale est in- férieure à la moitié et, de façon plus préférentielle, inférieure ou égale au tiers de l'épaisseur de l'élément lorsqu'on regarde dans une direction transversale par rap- port à la direction longitudinale. Il est en outre préférable que les surfaces des éléments rigides, auxquelles chaque élément annulaire réa- lisé en un matériau annulaire est fixé, par exemple par collage, soit décalé dans la direction longitudinale lorsque le support est à l'état non placé sous contrainte. Dans une construction préférée, l'élément de sé- paration comporte un orifice ou une série d'orifices espa- cés circonférentiellement et permettant un écoulement li- mité du fluide En particulier, dans des réalisations dans lesquelles l'élément de séparation comporte un orifice pour le passage du fluide, l'élément de séparation ou une partie de cet élément peut être disposé normalement de manière à glisser, d'une manière étanche au fluide, sur l'élément ri- gide extérieur Dans une autre forme de réalisation, on peut définir un orifice par un ou plusieurs espaces entre le pourtour de l'élément de séparation et une surface, si- tuée en vis-à-vis, de l'élément rigide extérieur, par rap- port auquel l'élément de séparation se déplace pendant le déplacement longitudinal relatif mentionné précédemment. Dans une autre forme de réalisation, des parties de la chambre contenant le fluide comportent, de chaque côté de l'élément de séparation, des moyens en forme d'orifices qui lui sont associés, ce qui permet, pendant le déplacement relatif des éléments rigides, un écoulement du fluide péné- trant dans ou sortant de chaque partie de la chambre par l'intermédiaire d'un passage extérieur de la chambre Le passage extérieur peut contenir un dispositif d'étrangle- ment de l'écoulement du fluide; ce dispositif d'étrangle- ment peut être réglable de manière à permettre la modifica- tion de l'effet d'amortissement fourni par le support, par exemple après qu'il a été installé dans une suspension. L'invention fournit également un système de sus- pension tel qu'un système de suspension pour véhicule, dans lequel le support élastomère est agencé de telle sorte que la direction du déplacement longitudinal relatif des élé- ments rigides est sensiblement verticale pendant l'utilisation normale du système de suspension Ce montage peut être prévu entre une partie suspendue et une partie relativement non suspendue d'un véhicule, ce qui a pour ef- f et que le poids de la partie suspendue est absorbé, au moins en partie, par la charge de cisaillement du couple d'éléments annulaires. L'invention fournit en outre un système de sus- pension qui comprend au moins deux supports élastomères disposés verticalement et tel que chaque support comprend une séparation du fluide servant à subdiviser la chambre contenant le fluide en des parties supérieure et infé- rieure, la partie supérieure de la chambre d'un support étant placée en communication f luidique avec une partie de la chambre contenant le fluide de l'autre support, tandis que la partie inférieure de la chambre dudit premier sup- port est placée en communication avec une partie de la chambre contenant le fluide dudit autre support. De préférence, il comprend deux supports accou- plés à la partie supérieure de la chambre contenant le fluide de chaque support, raccordé à la partie inférieure de la chambre prévu pour le fluide de l'autre support Si- non, s'il est prévu trois ou un plus grand nombre de sup- ports, des parties des chambres logeant le fluide peuvent être raccordées selon une disposition en série, sans que les deux parties de chacune des deux chambres soient inter- connectées directement. Un passage pour le fluide entre les parties des chambres de deux supports peut comporter un dispositif d'étranglement de l'écoulement du fluide; ce dispositif d'étranglement peut être réglable de manière à permettre une modification de la résistance du fluide traversant cet étranglement. Les caractéristiques indiquées précédemment et d'autres caractéristiques de l'invention vont être décrites ci-après, à titre d'exemple, en référence aux dessins an- nexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un support élastomère amorti intégré selon la présente invention, lorsqu'il est chargé dans une condition de charge statique; et la figure 2 représente une vue en coupe longi- tudinale de parties d'une suspension contenant les deux supports élastomères conformes à l'invention. Dans la forme de réalisation de la présente in- vention représentée sur la figure 1, un support élastomère pour une suspension d'une cabine de véhicule comprend un tube métallique cylindrique intérieur 41 et un tube métal- lique extérieur 42, qui entoure, tout en en étant séparé, le tube intérieur sur une partie de la longueur de ce tube intérieur. Les tubes 41,42 sont interconnectés par un couple d'unités annulaires 45 espacées axialement, qui supportent une charge et dont chacune comprend un diaphragme en caout- chouc 46 formé de façon typique par un caoutchouc naturel non renforcé et collé entre des manchons métalliques inté- rieur et extérieur 43,44 Une surface 47, intérieure du point de vue radial, de chaque diaphragme est fixée à un manchon intérieur 43, et une région 48, extérieure du poinnt de vue radial, est fixée à un manchon extérieur 44. Les deux manchons extérieurs 44 sont maintenus espacés axialement à l'intérieur de l'élément rigide exté- rieur 42 au moyen d'un manchon-entretoise extérieur 60. L'un supérieur des manchons de support extérieurs 44 est en butée contre un épaulement tourné vers l'intérieur, 62, au niveau d'une extrémité de l'élément rigide extérieur 42, et l'un inférieur des manchons extérieurs est en butée contre une plaque d'extrémité annulaire 61, qui est fixée (par des vis) à une bride 63, qui s'étend vers l'extérieur, de l'élément rigide 42, après l'assemblage des deux unités 45, et le manchon-entretoise 60 dans l'élément rigide exté- rieur. Les deux manchons intérieurs 43 sont maintenus axialement espacés autour de l'élément rigide intérieur, par un ensemble de séparation 54 décrit ci-après de façon plus détaillée L'un supérieur des manchons intérieurs est en butée contre un épaulement 64 sur l'élément rigide inté- rieur, et l'ensemble des deux manchons intérieurs et de l'ensemble intercalaire de séparation sont maintenus en po- sition par un manchon-entretoise inférieur 70 et par une plaque d'extrémité inférieure 65 fixée (par des moyens non représentés) à une extrémité inférieure de l'élément rigide intérieur 41. Une plaque supérieure 66 est collée à une extré- mité supérieure de l'élément rigide intérieur A chaque plaque d'extrémité est fixé un coussinet formant tampon axial annulaire 67 ayant un diamètre correspondant à celui de l'élément extérieur Les coussinets 67 sont normalement espacés des extrémités de l'élément rigide extérieur 42, et viennent en contact avec lui dans le cas d'un déplacement longitudinal excessif L'épaisseur de chaque diaphragme dans la direction longitudinale (verticale) de la figure 1 dans la zone d'épaisseur minimale du diaphragme dans ladite direction est sensiblement égale à un tiers de l'épaisseur radiale du diaphragme considérée entre les surfaces, si- tuées en vis-à-vis, des tubes 41,42. Chaque diaphragme 46 possède une forme qui est telle qu'il subit un flambement et une déformation par flambement et cisaillement lorsqu'il est soumis à une charge appliquée qui abaisse le tube intérieur par rapport au tube extérieur, dans l'orientation relative de la figure 1 A la déformation par f lambement et cisaillement est as- sociée une caractéristique de flexion sous charge (c'est-à- dire rigidité) régressive C'est-à-dire que, lorsque la charge appliquée augmente depuis une valeur nulle, la rigi- dité diminue, alors qu'elle augmente lorsqu'un coussinet formant tampon axial 67 est inséré Les surfaces des man- chons 43,44, auxquelles est collé un diaphragme, sont déca- lées dans la direction longitudinale verticale, à l'état non chargé, et également lorsqu'ils sont dans une condition de charge statique, comme représenté sur la figure 1. Une caractéristique de compliance radiale appro- priée lors de l'application d'une charge radiale élevée est fournie par les unités formant les unités annulaires 45 de support de charge et également par un coussinet formant tampon 54, qui fait partie de l'ensemble de séparation 54 mentionné précédemment. L'ensemble de séparation 54 comprend un anneau de support métallique intérieur 55 et un élément formant cous- sinet annulaire élastique extérieur 57 réalisé en caout- chouc naturel et collé à l'anneau 55 Un anneau annulaire de piste 156, qui peut glisser dans le manchon-entretoise extérieur 60 et comporte une série d'orifices fluidiques 58 espacés circonférentiellement, est disposé à l'extérieur, du point de vue radial, du coussinet formant tampon élas- tique 57 (et est espacé radialement de ce coussinet lorsque le support n'est pas soumis à une contrainte radiale); cet anneau de piston constitue un élément mobile de séparation servant à réaliser un amortissement du fluide lorsque les éléments rigides 41,42 se déplacent l'un par rapport à l'autre. L'anneau de piston est situé, dans sa partie intérieure du point de vue radial, entre un couple d'an- neaux de support de séparation 59, qui sont situés de chaque côté de l'anneau métallique 55 et du coussinet élas- tique 57 La séparation axiale des anneaux de support 59 est légèrement supérieure à l'épaisseur de l'anneau de pis- ton 56 dans sa direction axiale longitudinale, ce qui a pour effet qu'une partie du bord 51, intérieur du point de vue radial, de l'anneau de piston s'applique contre le coussinet 57 lors du dépassement d'un dépassement radial relatif prédéterminé. Les éléments rigides intérieur et extérieur 41,42 et les diaphragmes en caoutchouc 46 espacés axialement dé- finissent une chambre annulaire 52 qui est remplie entière- ment par de l'huile ou un autre fluide incompressible Des joints toriques 50 disposés entre les manchons extérieurs 44 et les éléments rigides extérieurs et des éléments d'étanchéité 49 situés entre les manchons intérieurs 43 et l'élément rigide intérieur s'opposent à une fuite de fluide. La chambre 52 logeant le fluide est subdivisée par l'anneau de piston 56 pour des chambres supérieure et inférieure 52 a, 52 b, entre lesquelles un fluide incompres- sible peut circuler, en passant dans les orifices 58 du piston, dans le cas d'un déplacement longitudinal relatif des éléments rigides intérieur et extérieur. Lorsque le support est soumis à des conditions dynamiques entraînant un déplacement relatif des éléments intérieur et extérieur, le fluide incompressible est tenu de traverser les orifices 58 et produit de ce fait un effet d'amortissement qui s'ajoute à l'élasticité des diaphragmes 46 de support de la charge. On s'oppose à un fléchissement vertical important du tube intérieur vers le bas par rapport au tube extérieur en augmentant la rigidité des diaphragmes annulaires sup- portant la charge et par conséquent en augmentant l'effet des tampons de butée 67 Le déplacement relatif des tubes intérieur et extérieur est amorti par l'effet de l'écoule- ment du fluide à travers les orifices 58, par l'amortisse- ment avec hystérésis des diaphragmes 56 et par le frotte- ment entre l'anneau de piston 59 et le manchon 60 du tube extérieur On s'oppose à un déplacement de rebond se pro- duisant en dépit de l'effet d'amortissement en augmentant la rigidité des diaphragmes 46 supportant la charge et l'effet d'un anneau formant tampon 67. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 2, deux supports 80 sont destinés à être utilisés en tant que partie de la suspension d'une cabine d'un véhi- cule. Chaque support 80 est agencé sensiblement de la manière décrite précédemment en rapport avec la première forme de réalisation de l'invention, hormis qu'à la place de chaque anneau de piston 81 possédant des orifices de passage du fluide, des chambres supérieure et inférieure 80 a, 80 b logeant le fluide communiquent extérieurement. Dans cette forme de réalisation, les chambres d'un support 80 sont raccordées extérieurement à celles d'un autre support par l'intermédiaire d'un orifice d'étranglement 82. Les chambres supérieure et inférieure de chaque support communiquent également respectivement avec les chambres inférieure et supérieure de l'autre support par l'intermédiaire d'un couple de canalisations 83,84. Les plaques d'extrémité inférieures 85 des deux supports sont fixées à une plaque de base commune 86, et les deux logements extérieurs rigides 87 supportent une ou des structures supportées 88,89 La plaque de base peut faire partie de la structure d'une carrosserie d'un véhi- cule ou d'une cabine d'un véhicule, et les logements ri- gides extérieurs peuvent supporter la structure du châssis il d'un véhicule ou les bras de suspension d'un véhicule, qui sont associés respectivement aux deux roues de ce véhicule. Dans cet agencement, un déplacement descendant du boîtier extérieur de gauche tend à réduire le volume de la chambre supérieure 80 a de ce boîtier Ceci conduit à une communication fluidique au moyen de la canalisation 83, qui tend à accroître le volume du fluide dans la chambre infé- rieure de droite 80 b; à son tour, ceci tend à déplacer l'anneau de piston de droite 82 vers le haut par rapport au logement extérieur (en réalité abaisser le logement exté- rieur), et conduit par conséquent à une tendance à un écou- lement du fluide depuis la chambre supérieure droite en di- rection de la chambre inférieure gauche par l'intermédiaire de la canalisation 84, ce qui fournit un effet de stabili- sation des roulis ou une inclinaison limitée de la struc- ture supportée. En outre, dans cet agencement, les chambres supé- rieure et inférieure de chaque logement sont interconnec- tées par l'étranglement de dérivation 81, qui permet un écoulement du fluide à basse fréquence entre les chambres supérieure et inférieure d'un support. REVENDICATIONS 1 Support élastomère ( 40) comportant un couple d'éléments rigides ( 41, 42) disposés de manière à définir entre eux un espace annulaire, et un couple d'éléments an- nulaires ( 45) réalisés en un matériau élastomère, situés dans ledit espace annulaire et disposés chacun de manière à s'étendre entre lesdits éléments rigides et à les raccorder auxdits éléments annulaires et disposés axialement dans la direction du déplacement longitudinal relatif des éléments rigides de manière à définir entre eux et lesdits éléments rigides une chambre ( 52) pour un fluide, et dans lequel chacun desdits éléments annulaires réalisés en un matériau élastomère possède une forme qui se déforme sous l'effet à la fois de déplacements de cisaillement et de flexion dans le cas d'un déplacement longitudinal relatif des éléments rigides, chaque élément étant cependant sensiblement inextensible, ce qui a pour effet qu'une variation de la pression du fluide dans la chambre ( 52) n'entraîne pas une modification importante du volume de la chambre, caracté- risé en ce que le support élastomère ( 40) comprend en outre des moyens intégrés d'amortissement ( 54) agencés de manière à produire un effet d'amortissement en plus de celui fourni par les éléments annulaires ( 45) réalisés en un matériau élastomère, pendant le déplacement longitudinal relatif des éléments rigides ( 41,42), lesdits moyens d'amortissement étant des moyens d'amortissement fluidique comprenant la- dite chambre ( 52) pour le fluide, remplie par un fluide sensiblement incompressible, et un élément de séparation ( 59) porté par les éléments rigides intérieurs et dépla- çable avec ces derniers à l'intérieur de la chambre pendant le déplacement longitudinal relatif des éléments rigides, ce qui permet d'obtenir un effet d'amortissement, l'élément de séparation comprenant un coussinet en forme de tampon élastomère annulaire ( 57) dont au moins une partie est compressible transversalement de manière à s'opposer au déplacement relatif excessif entre au moins une partie de l'élément de séparation ( 59) et l'un ( 42) des éléments ri- gides extérieurs dans une direction transversale perpendi- culaire à la direction dudit déplacement longitudinal rela- tif. 2 Support élastomère selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau élastomère du coussinet formant tampon élastomère annulaire ( 57) est comprimé uni- quement lorsque le déplacement relatif des éléments rigides ( 41,42) dans la direction transversale dépasse une valeur prédéterminée. 3 Support élastomère selon l'une des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément de séparation ( 56,59) est agencé de manière à glisser en étant appliqué, d'une manière étanche au fluide, sur une surface de l'élément rigide extérieur ( 42). 4 Support élastomère selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'orifice est défini par un espace présent entre le pourtour de l'élément de séparation ( 56) et la surface, située en vis-à-vis, de l'élément rigide ex- térieur par rapport auquel l'élément de séparation glisse. Support élastomère selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque élément annulaire ( 45) réalisé en un matériau élastomère s'étend entre des surfaces des éléments rigides intérieur et exté- rieur ( 41,42), dont l'écartement minimum dans ladite direc- tion transversale est égal au moins à l'épaisseur minimale de l'élément annulaire dans la direction du déplacement longitudinal relatif. 6 Support élastomère selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments annulaires ( 45) réalisés en un matériau élastomère possè- dent des surfaces de forme cylindrique ( 47,48), intérieure et extérieure du point de vue radial, qui sont fixées res- pectivement aux éléments rigides intérieur et extérieur ( 41,42) dudit couple. 7 Support élastomère selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que des parties ( 52 a,52 b) de la chambre contenant le fluide comportent, de chaque côté de l'élément de séparation ( 56,59), des moyens en forme d'orifices qui leur sont associés et qui permette au fluide de pénétrer dans et sortir de chaque partie de la chambre pendant le déplacement relatif des éléments ri- gides. 8 Système de suspension de véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un support élastomère ( 40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, et dans lequel l'un ( 42) des éléments rigides est fixé à une partie suspendue ( 63) du véhicule tandis que l'autre élément rigide ( 41) est fixé à une partie relativement non suspendue ( 65,66) du vé- hicule, et que ladite direction du déplacement longitudinal relatif est sensiblement verticale, ce qui a pour effet que le poids de la partie ( 68) du véhicule applique une charge de cisaillement au couple d'éléments annulaires. 9 Système de suspension, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux supports élastomères ( 80) disposés verticalement et agencés selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7 et d'un type tel que chaque support com- prend une séparation du fluide servant à subdiviser la chambre contenant le fluide en des parties supérieure et inférieure, la partie supérieure ( 80 a) de la chambre d'un support étant placée en communication fluidique avec une partie ( 80 b) de la chambre contenant le fluide de l'autre support, tandis que la partie inférieure ( 80 b) de la chambre dudit premier support est placée en communication avec une partie ( 80 a) de la chambre contenant le fluide du- dit autre support. Système de suspension selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend lesdits deux supports ( 80) accouplés à la partie supérieure ( 80 a) de la chambre contenant le fluide de chaque support, raccordé à la partie inférieure ( 80 b) de la chambre prévu pour le fluide de l'autre support.