Brevet FR2681395A1 — publié le 19930319

Dispositif de suspension élastique à raideurs différenciées pour le support d'un équipement. La présente invention concerne un dispositif de suspension élastique à raideurs différenciées pour le support d'un équipement, à savoir du type présentant selon la direction verticale (z) une raideur relative- ment importante, pour la reprise de la charge statique dudit équipement, et selon deux directions horizontales (x, y) orthogonales entre elles et à la précédente, des raideurs relativement faibles. Dans le cas spécifique de l'invention, le dispo- sitif devra maintenir l'équipement avec une certaine flexibilité de suspension pour filtrer les vibrations pouvant nuire à son fonctionnement, ou au contraire filtrer les vibrations que l'équipement peut émettre En même temps, ce dispositif devra pouvoir encaisser des chocs importants, au cours desquels la fonction de filtrage vibratoire est sans intérêt Ces caractéristi- ques intéressent essentiellement la direction z, c'est- à-dire la direction verticale. Pratiquement, la raideur verticale en fonctionnement normal doit correspondre à quelques mm de déformation sous la charge statique, de manière à filtrer les vibrations et à obtenir des déplacements modérés lors des variations de charge statique Par contre, en cas de choc dans cette direction verticale, on demande une limitation d'effort incompatible avec la raideur demandée pour le fonctionnement normal, ce qui conduit à demander un effet de seuil Cela signifie que lorsque l'effort vertical dépassera un certain seuil, la raideur du dispositif devra diminuer brusquement et devenir instantanément très faible Cela est illustré par la figure 1 du dessin ci-annexé, qui représente, pour un tel dispositif à seuil, la courbe des efforts verticaux F en fonction de la déformation d La raideur 2 2681395 est normale dans le rectangle r et diminue très rapide- ment au-delà, pour devenir extrêmement faible au niveau du seuil S, seuil qui se situe légèrement au-dessous de la valeur Fmax, représentant l'effort maximum sous choc. (Z représente donc la zone de fonctionnement sous choc). Quant aux raideurs plus faibles dans les direc- tions horizontales x et y, elles devront s'accompagner de la même capacité de déformation sous choc. Parmi les dispositifs actuellement connus, à raideurs différenciées, on connaît les dispositifs à plaques en sandwich (voir figure 2), alternativement en caoutchouc c et en acier a, qui permettent d'obtenir une beaucoup plus forte raideur dans la direction z perpen- diculaire aux plaques que dans les directions x et y de leur plan, mais bien entendu il ne peut y avoir aucun effet de seuil dans la direction z perpendiculaire aux plaques. Dans un autre dispositif de type connu (figure 3), on met en oeuvre un effet de flambage pour obtenir l'effet de seuil voulu Au repos, l'élément élastique E a la forme représentée sur la moitié gauche de la figure et présente une raideur normale (accroissement pratique- ment linéaire des déplacements d avec les efforts F). Pour un déplacement d obtenu sous choc, l'élément flambe comme visible en E', (moitié droite de la figure), et ne présente plus alors qu'une très faible raideur, d'o l'effet de seuil recherché Cependant, l'inconvénient de ces dispositifs est de ne pas présenter les faibles raideurs transversales requises dans les directions x et y perpendiculaires à la direction z. D'autre part, les systèmes à base d'élastomère de ce type présentent, en raison du comportement viscoélastique de ces élastomères, un phénomène de surtension au moment du flambage, comme cela a été représenté sur la figure 1 '. 3 2681395 Cette surtension engendre une pointe d'effort 52 en dynamique, qui d'ailleurs n'est pas appréciée correc- tement par des essais, soit statiques, soit à faible vitesse d'impact Ceci rend difficile la prise en compte de ce phénomène au niveau de la conception, et donc aléatoire une prévision de comportement du système. Cette particularité de comportement présente un autre désavantage: si le seuil d'accélération 52, qui devra correspondre au maximum transmis au système au cours du choc, n'est que faiblement supérieur ( 5 fois) à la charge statique nominale, on voit tout de suite que le seuil 51 peut être très proche de la charge statique nominale, augmentée d'un facteur de charge usuel (par ex 2) On voit donc apparaître un risque d'instabilité sous la charge usuelle maximale, ou même sous la charge statique nominale Cette instabilité potentielle se traduit généralement dans la pratique par un fluage important du dispositif. Le but de l'invention, en obtenant un dispositif présentant les caractéristiques énoncées au début, est donc de remédier à ces lacunes de la technique anté- rieure. A cet effet, un dispositif de suspension conforme à l'invention, du type général défini en tête, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte, entre un support dudit équipement et une embase fixe, un ensemble de bras élastiques propres à supporter la charge avec une raideur relativement grande et à subir un flambage en cas de choc dans la direction verticale z, leur raideur étant alors brusquement diminuée, et en ce qu'il comporte entre les extrémités desdits bras et le support d'une part, ladite embase fixe d'autre part, des articulations souples présentant une faible raideur vis-à-vis des efforts s'exerçant horizontalement sur ledit équipement. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture des exemples suivants de réalisation, donnés à titre purement indicatif, avec référence aux autres figures du dessin ci-annexé dans lequel: la figure 4 est une demi-vue du dispositif en coupe verticale par la ligne IV-IV de la figure 5 (correspondant à la direction horizontale x), le plan de coupe passant par l'axe d'un des bras élastiques; la figure 5 est une vue partielle du dispositif en coupe horizontale par la ligne V-V de la figure 4; la figure 6 représente en coupe partielle verticale une variante d'articulation souple aux extrémités des bras; la figure 7 est une coupe verticale partielle d'un bras élastique et amortisseur; la figure 8 est une vue semblable à la pré cédente au niveau de la partie centrale d'un desdits- bras; et la figure 9 représente en perspective un autre type d'articulation souple pour les extrémités des bras; et la figure 10 montre schématiquement en coupe la possibilité d'utiliser le dispositif également pour reprendre les efforts en détente. Sur la figure 4, on a référencé 5 le support de l'équipement (non représenté), et en 6 l'embase fixe. Sur toutes les figures, les bras élastiques ont été référencés 1 et les articulations souples prévues entre leurs extrémités et le support 5 d'une part, l'embase 6 d'autre part, ont été référencées 2 Sur les figures 4 et 5 on voit que l'on a prévu, entre le support et l'embase, quatre bras 1 dont les plans axiaux sont situés à 90 l'un de l'autre Plus généralement on pourrait aussi faire en sorte que ces plans axiaux soient orientés suivant plusieurs directions dans le plan de la figure 5, de façon à obtenir une quasi- isotropie dans ce plan Chaque bras est courbé vers l'extérieur ou vers l'intérieur de façon à pouvoir f lamber facilement en cas de choc vertical, la raideur du système devenant alors très basse, et est constitué, par exemple, par deux lames de matière composite 4 (fibres de verre imprégnées de résine ou analogue), prenant en sandwich une lame de caoutchouc ou d'élastomère 3. Les articulations souples 2, à faible raideur dans les directions horizontales x et y, sont consti- tuées par des blocs de matière élastique (caoutchouc ou élastomère) adhérisés entre les extrémités arrondies des bras 1 et le support 5 d'une part, l'embase 6 d'autre part Dans le mode de réalisation des figures 4 et 5, les interfaces entre les extrémités des bras 1 et les articulations souples 2 sont cylindriques Elles peuvent cependant être sphériques, comme représenté à la figure 6, de sorte qu'elles constituent alors un genre de rotule Sur cette figure on a montré en outre que les articulations souples 2 peuvent être constituées par un empilage de couches sphériques alternées de caoutchouc 7 et d'acier 8 Grâce à ces rotules on autorise les rota- tions autour du centre dans les directions x, y et z, sans introduire une trop grande flexibilité dans la direction z de reprise de la charge statique. Dans la variante de la figure 7, on a représenté la possibilité d'utiliser des bras 1 du même type que celui des figures 4 et 5 mais comportant en outre des couches de caoutchouc ou autre matériau amortisseur extérieures 9, adhérisées au matériau composite 4 et propres à conférer aux bras 1 un meilleur comportement vis-à-vis des fréquences acoustiques, en amortissant les modes propres en flexion des bras Il est à noter que les couches 9 et 3 peuvent être interverties pour l'obtention du même résultat. Dans la variante de la figure 8, on a représenté la possibilité de réduire en 10 la section transversale centrale du bras 1, pour favoriser l'apparition du flambage. La figure 9 montre aussi la possibilité de réaliser les bras 1 en deux parties la et lb articulées l'une à l'autre par une articulation cylindrique 11 à possibilité de brusque pivotement (autour de l'axe A-A') en cas de choc vertical Cette articulation peut être constituée par un lamifié acier 8/caoutchouc 7, comme dans le cas de la variante de la figure 6, l'acier pouvant être le cas échéant remplacé par tout autrè métal ou matériau rigide en compression approprié. En revenant à la figure 4, on a représenté également la possibilité de pourvoir le dispositif d'une butée 12 en élastomère pour limiter le déplacement relatif en direction Z, entre le support 5 et l'embase 6 On peut en outre prévoir, latéralement et des quatre- côtés, des faces d'appui 13 pour contrôler ou bloquer transversalement la flexion des bras 1. La résistance du dispositif vis-à-vis des efforts de détente pourrait simplement résulter de la courbure initiale des bras 1, puisque sous l'effet des efforts de détente ces bras s'ouvriraient Dans ce cas, aucun effet de flambage ne pourrait être obtenu, sauf avec le montage complété qui a été représenté schémati- quement en coupe à la figure 10. Dans cette figure, on a représenté sous forme simplifiée les bras 1 fixés par leurs extrémités entre des plaques mobiles 5 et 6 Les déplacements de la plaque 6 vers le bas peuvent être limités par l'épaule- ment 14 d'un étrier de guidage 15 qui, à sa partie supérieure, comporte un rebord de retenue 16 La masse suspendue 17 portée par la plaque supérieure 5, qui normalement est légèrement espacée du rebord de retenue 16, est prolongée vers le bas par un tirant 18 traversant la plaque inférieure 6 et retenu au-dessous de cette dernière par une tête 19 d'un diamètre supérieur à celui du trou 20 par lequel le tirant 18 traverse la plaque 6, là encore un léger espace étant normalement prévu (lorsque les efforts s'exercent vers le bas) entre la tête 19 et la surface inférieure de la plaque 6. Ceci étant, on voit que, sous l'effet d'une charge statique telle que celle de la masse suspendue 17, les efforts seront transmis de cette masse à la plaque 5, aux bras 1, à la plaque 6 et enfin à l'épaule- ment 14 de l'étrier 15 En cas de choc vers le bas, bien entendu les bras 1 flamberont, comme dans le cas de la figure 4. En cas de choc vers le haut tendant à faire remonter la masse suspendue 17, les efforts verticaux ascendants seront transmis à la plaque inférieure 6 par l'intermédiaire du tirant 18 et de sa tête 19, puis aux bras 1 qui fléchiront et transmettront leurs efforts à la plaque supérieure 5, laquelle viendra finalement en butée sur le rebord de retenue 16. Un mode de réalisation plus simple pourrait encore consister à laisser le système soit libre, étant alors uniquement guidé par des pions coulissants, soit contrôlé par des pièces en élastomère, par exemple cylindro-coniques ou par des plots en traction permet- tant de maintenir une certaine raideur lors d'un débattement exceptionnel en tension En régime normal, dans ces deux cas le système serait maintenu en place par son propre poids. On pourrait aussi imaginer de précontraindre cette dernière liaison en élastomère, si le poids du système suspendu n'était pas suffisant pour couvrir l'ensemble du domaine normal de fonctionnement hors choc. 8 2681395 Pour ce qui concerne finalement le contrôle de l'instabilité, il est à noter que le flambage peut être obtenu en particulier sur des matériaux de type composi- te qui présentent une viscoélasticité faible et impli- quent une plus faible rigidification sous choc Bien entendu le flambage est par ailleurs obtenu par une géométrie précise des bras 1 En conséquence, l'effet dynamique de flambage est mieux contrôlé que sur des systèmes classiques à base d'élastomères, ce qui élimine pratiquement tous les problèmes d'instabilité auparavant mentionnés. 9 2681395 REVENDICATIONS 1 Dispositif de suspension élastique à raideurs différenciées pour le support d'un équipement, à savoir du type présentant selon la direction verticale (z) une raideur relativement importante, pour la reprise de la charge statique dudit équipement, et selon deux direc- tions horizontales (x, y) orthogonales entre elles et à la précédente, des raideurs relativement faibles, carac- térisé en ce qu'il comporte, entre un support ( 5) dudit équipement et une embase fixe ( 6), un ensemble de bras élastiques ( 1) propres à supporter la charge avec une raideur relativement grande et à subir un flambage en cas de choc dans la direction verticale (z), leur raideur étant alors brusquement diminuée, et en ce qu'il comporte entre les extrémités desdits bras ( 1) et le support ( 5) d'une part, ladite embase fixe ( 6) d'autre part, des articulations souples ( 2) présentant une faible raideur vis-à-vis des efforts s'exerçant horizontalement sur ledit équipement. 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que lesdits bras ( 1) sont constitués par des couches alternées de matière élastique ( 3, 9) éventuel- lement amortissante, et de matière composite ( 4) consti- tuée de fibres imprégnées de résine. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits bras ( 1) sont courbés vers l'extérieur ou vers l'intérieur. 4 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que lesdits bras ( 1) ont une zone centrale ( 10) de section réduite. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des bras ( 1) constitués de deux parties (la, lb) articulées l'une à l'autre par une articulation élastique ( 11) éventuellement lamifiée. 6 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que lesdites articulations souples ( 2) sont de type cylindrique. 7 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdites articulations souples ( 2) sont de type sphérique. 8 Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que lesdites articulations souples sont constituées de lamifié caoutchouc ( 7)/métal ( 8), ou seulement de caoutchouc, celui-ci étant adhérisé entre bras ( 1) et support ( 5) d'une part, embase ( 6) d'autre part. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une butée ( 12) propre à limiter le déplacement relatif l'un vers l'autre du support ( 5) et de l'embase ( 6) en cas de choc. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte latéralement des faces d'appui ( 13) permettant de contrôler ou de bloquer transversalement la flexion des bras ( 1). 11 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en tant que support et embase deux plaques mobiles ( 5, 6) dont les déplacements dans la direction des efforts sont limités dans un sens et dans l'autre, d'une part par l'épaulement ( 14) d'un étrier ( 15), d'autre part par un rebord de retenue ( 16) de cet étrier, ledit équipement ( 17) étant prolongé par un tirant ( 18) traversant la plaque inférieure ( 6) et comportant au-dessous de cette dernière une tête de retenue ( 19), de sorte que les bras ( 1) sont soumis également à des efforts de flexion lorsque ledit équipement ( 17) subit des efforts ascendants.