Brevet FR2708689A1 — publié le 19950210

La présente invention se rapporte à un dispositif d'absorption d'énergie axiale d'un système mécanique. On connaît des systèmes d'absorption d'énergie axiale de système mecanique qui s'appliquent à des ensembles fixes en rotation par rapport à l'axe longitudinal du système mécanique, ou à des systèmes qui comporte une transmission de mouvements de rotation par rapport à cet axe longitudinal. Ces types de système connus, comportent généralement une absorption d'énergie qui se rapporte à l'un des éléments principaux du système mécanique, de manière qu'en cas de choc, la déformation de l'un de ces éléments ou de plusieurs de ces éléments permette l'absorption d'énergie. Un de ces types de système est l'objet de la Figure 1 qui représente un tube dans lequel s'engage un arbre par l'intermédiaire d'une bague montée à force dans ce tube. Cette bague est prévue dans un matériau généralement du type matière plastique de manière qu'en cas de choc suivant une direction axiale, l'arbre se déplace à force dans cette bague, et permettant de ce fait l'absorption d'énergie. Ce type de dispositif ne permet pas d'avoir une courbe d'absorption d'énergie qui corresponde exactement à celle demandée comme on le verra par la suite. Le but de la présente invention est d'éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus, et de proposer un dispositif d'énergie axiale qui réponde exactement à la courbe d'absorption d'énergie demandée en cas de choc, tout en s'adaptant facilement sur les systèmes mécaniques existants. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'absorption d'énergie axiale d'un système mécanique comporte: - un ensemble télescopique constitué par un arbre monté dans un tube de manière à pouvoir coulisser l'un dans l'autre le long d'une première partie longitudinale du tube; - un élément déformable non métallique monté de manière à pouvoir coulisser dans la premiere partie longitudinale du tube, entre l'extrémité de l'arbre et la deuxième partie longitudinale du tube; - la deuxième partie longitudinale du tube étant munie d'un rétrécissement dont le passage est plus faible que l'encombrement transversal de l'élément déformable; - les différentes caractéristiques du rétrécissement et de l'élément déformable étant choisies et adaptées les unes par rapport aux autres de façon qu'en cas de choc axial, l'absorption d'énergie axiale s'effectue suivant la loi désirée donnée par l'adaptation de l'interférence transversale en fonction du déplacement longitudinal de l'élément déformable dans le rétrécissement. Afin de tirer le meilleur parti de la structure de l'invention, les différentes caractéristiques de l'élément déformable sur lesquels on agit pour obtenir la loi d'absorption d'énergie axiale désirée sont: - la matériau constituant l'élément déformable, - les caractéristiques de forme et dimensionnelles longitudinales, - les caractéristiques de forme et dimensionnelles transversales, - les caractéristiques de structure. Afin d'améliorer encore les avantages de la structure de l'invention, les différentes caractéristiques du rétrécissement du tube sur lesquelles on agit pour obtenir la loi d'énergie axiale désirée sont: - les caractéristiques de forme et dimensionnelles longitudinales, - les caractéristiques de forme et dimensionnelles transversales. Selon un mode de réalisation de l'invention: - l'ensemble télescopique comporte un arbre et un tube, l'arbre et l'évidement du tube ayant une section de profil conjuguée avec deux parties circulaires diamétralement opposées et reliées par deux parties plates de façon à être solidaires en rotation, - l'élément déformable a une section de profil et de dimensions sensiblement constantes qui est conjuguée avec la section de l'évidement du tube avec deux parties circulaires diamétralement opposées reliées par deux parties plates, - le rétrécissement de la deuxième partie longitudinale du tube comporte deux empreintes effectuées au milieu de chacune des deux parties plates de façon à être diamétralement opposées, - les caractéristiques de forme et dimensionnelles longitudinales, ainsi que les caractéristiques de forme et dimensionnelles transversales de chacune des deux empreintes étant déterminées pour obtenir la loi d'absorption d'énergie axiale demandée. Selon un autre mode de réalisation de l'invention: - l'ensemble télescopique comporte un arbre et un tube, l'arbre et l'évidement du tube ayant une section circulaire ou complémentaire l'un par rapport à l'autre, l'arbre et l'évidement du tube ayant des moyens de solidarisation en rotation constitués par un système cannelé ou tout autre système, - l'élément déformable a une section circulaire ou complémentaire du rétrécissement de profil et de dimensions sensiblement constantes, - le rétrécissement de la deuxième partie longitudinale du tube a une section circulaire ou complémentaire de l'élément déformable de profil et de dimensions sensiblement constantes, - les caractéristiques de forme et dimensionnelles longitudinales, ainsi que les caractéristiques dimensionnelles transversales du rétrécissement étant déterminées pour obtenir la loi d'absorption d'énergie axiale demandée. Enfin, selon un autre mode de l'invention, l'arbre et l'élément déformable constituent une seule et même pièce. Selon différentes variantes de l'invention l'élément déformable est soit en élastomère, soit en matière plastique. De plus l'élément déformable peut comporter un chanfrein d'entrée dans le rétrécissement, les caractéristiques de forme et dimensionnelles étant déterminées pour obtenir la loi d'absorption d'énergie axiale demandée. Le dispositif d'absorption d'énergie axiale d'un système mécanique selon l'invention présente ainsi l'avantage de pouvoir déterminer exactement la structure des différents organes de façon à ce que l'absorption d'énergie axiale s'effectue suivant la loi désirée. D'autres avantages ressortiront de l'invention, qui sera mieux comprise à l'aide de la description donnée cidessus d'exemples particuliers de réalisation, décrits à titre non limitatif en référence aux dessins annexés, sur lesquels: La Figure I est une coupe axiale d'un dispositif d'absorption d'énergie connu. La Figure 2 est une coupe axiale d'un dispositif d'absorption d'énergie suivant l'invention. La Figure 3 représente les courbes d'absorption d'énergie. La Figure 4 est une coupe axiale d'un dispositif d'absorption d'énergie suivant un autre mode de réalisation de l'invention. La Figure 5 est une coupe axiale du dispositif représenté sur la Figure 4 lors de l'absorption d'énergie. La Figure 6 est une coupe axiale du dispositif représenté sur la Figure 4 après absorption d'énergie. La Figure 7 est une coupe longitudinale d'un élément déformable selon le mode de réalisation de l'invention de la Figure 4. La Figure 8 est une coupe suivant VIII-VIII de la Figure 7. La Figure 9 est une coupe axiale longitudinale du tube avec le rétrécissement correspondant à la Figure 4. La Figure 10 est une coupe suivant X-X de la Figure 9. Le dispositif d'absorption d'énergie axiale, connu dans l'état de la technique et représenté sur la Figure 1, permet d'absorber l'énergie dans une première phase avec une augmentation de l'effort très rapide en fonction d'une course relativement faible, puis après une légère chute de cet effort en fonction d'un léger prolongement de la course, une deuxième phase dans laquelle l'effort est sensiblement constant en fonction de la course. Cette courbe d'absorption d'énergie du système connu est représentée sur la Figure 3 et est référencée A. Le dispositif d'absorption d'énergie axiale d'un système mécanique selon l'invention, qui est représenté sur la Figure 2, comporte un ensemble télescopique et un élément déformable 3. L'ensemble télescopique selon l'invention est constitué par un arbre 1 qui est monté dans un tube 2, de manière à pouvoir coulisser l'un dans l'autre dans le sens de l'axe longitudinal. Cet arbre 1 coulisse dans une première partie longitudinale 2a du tube 2. L'élément déformable 3 est monté coulissant dans cette première partie longitudinale 2a du tube 2, c'est-à-dire qu'il est placé entre l'extrémité de l'arbre l, et la deuxième partie longitudinale 2b du tube 1. La deuxième partie longitudinale 2b du tube 1 est munie d'un rétrécissement référencé 4, dont le passage est plus faible que l'encombrement transversal de l'élément déformable 3. Selon l'invention les différentes caractéristiques du rétrécissement 4 et de l'élément déformable 3 sont choisies et adaptées les unes par rapport aux autres de façon qu'en cas de choc axial, l'absorption d'énergie axiale s'effectue suivant la loi désirée. Cette loi d'amortissement est donnée par l'adaptation de l'interférence transversale en fonction du déplacement longitudinal de l'élément déformable 3 dans le rétrécissement 4, l'interférence transversale étant fonction du contour transversal de l'élément déformable 3 et du rétrécissement 4. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur la Figure 2, l'ensemble télescopique comporte un arbre 1 qui a uné section circulaire, et un tube 2 dont l'évidement 6 a également une section circulaire dont les dimensions transversales en fonction des dimensions transversales de l'arbre I permettent à cet arbre 1 de coulisser dans le tube 2; l'arbre et l'évidement 6 ayant des moyens de solidarisation en rotation constitués par un système cannelé ou tout autre système. L'élément déformable 3 a également une section circulaire de profil et de dimensions sensiblement constantes dont l'encombrement transversal est en rapport avec la section de l'évidement 6 du tube 1, de manière que cet élément déformable 3 puisse coulisser dans la première partie longitudinale 2a du tube 2. Le rétrécissement 4 aménagé dans la deuxième partie longitudinale 2b du tube 2 a une section circulaire de profil et de dimensions sensiblement constantes qui sont plus faibles que la section circulaire de l'élément déformable 3. Les caractéristiques de forme longitudinales, les caractéristiques dimensionnelles longitudinales, ainsi que les caractéristiques dimensionnelles transversales du rétrécissement 4 sont déterminées en fonction des caractéristiques de l'élément déformable 3, pour obtenir la loi d'absorption d'énergie axiale demandée, et réciproquement l'élément déformable 3 en fonction du rétrécissement 4. Sans sortir du cadre de l'invention, les différentes pièces décrites dans la Figure 2 peuvent avoir une section complémentaire les unes par rapport aux autres, au lieu d'avoir une section circulaire. Dans le mode de réalisation représenté sur la Figure 2, l'élément deformable est préférentiellement constitué par un élastomère. Dans le dispositif selon l'invention, la courbe d'absorption d'énergie est représentée sur la Figure 3 et référencée B. Dans ce dispositif, l'effort en fonction de la course dans une première phase croît relativement rapidement, puis dans une deuxième phase, il s'établit à une valeur qui augmente relativement peu en fonction de la poursuite de la courbe d'absorption d'énergie axiale. Le mode de réalisation du dispositif d'absorption d'énergie axiale selon l'invention représenté sur les Figures 4, 5, 6, 7, 8, 9 et 10 comporte un ensemble télescopique, et un élément déformable 13. L'ensemble télescopique est constitué par un arbre 11, qui est monté dans un tube 12, de manière à pouvoir coulisser l'un dans l'autre le long d'une première partie longitudinale 12a du tube 12. L'élément déformable 13 est monté coulissant dans la première partie longitudinale 12a du tube 12, et il est situé entre l'extrémité de l'arbre 11, et la deuxième partie longitudinale 12a du tube 11. La deuxième partie longitudinale 12b du tube 12 est munie d'un rétrécissement 14, dont le passage est plus faible que l'encombrement transversal de l'élément déformable 13. Les différentes caractéristiques du rétrécissement 14 et de l'élément déformable 13 sont choisies et adaptées les unes par rapport aux autres, de façon qu'en cas de choc axial l'absorption d'énergie axiale s'effectue suivant la loi désirée. Cette loi d'absorption d'énergie axiale est donnée par l'adaptation de l'interférence transversale en fonction du déplacement longitudinal de l'élément déformable 13 dans le rétrécissement 14. L'arbre 11 et l'évidement 16 du tube 12 de l'ensemble télescopique ont une section de profil conjuguée avec deux parties circulaires diamétralement opposées 17, qui sont reliées l'une à l'autre par deux parties plates 18 de façon à être solidaires en rotation. L'élément déformable 13 représenté sur les Figures 7 et 8 a une section de profil et de dimensions sensiblement constantes, qui est conjuguée avec la section de l'évidement 16 du tube 12. Cette section de l'élément déformable 13 comporte deux parties circulaires 19 qui sont diamétralement opposées l'une à l'autre, et qui sont reliées par deux parties plates 20. Le rétrécissement 14 plus précisément représenté sur les Figures 9 et 10, est situé sur la deuxième partie longitudinale 12b du tube 12. Ce rétrécissement 14 comporte deux empreintes 21 réalisées au milieu de chacune des deux parties plates 20, de façon à être diamétralement opposées, c'est-à-dire à se faire face l'une à l'autre. Selon une variante de l'invention, le rétrécissement 14 peut être un élément injecté ou une déformation du tube extérieur. Les caractéristiques de forme longitudinales, les caractéristiques dimensionnelles longitudinales, ainsi que les caractéristiques de forme dimensionnelles transversales de chacune de ces deux empreintes 21 sont déterminées en fonction de l'élément déformable 14, pour obtenir la loi d'absorption d'énergie axiale demandée, et réciproquement l'élément déformable 13 en fonction du rétrécissement 14. Dans le mode de réalisation représenté sur les Figures, l'élément déformable 13 est en matière plastique. Le processus d'absorption lors d'un choc axial est représenté sur les Figures 4, 5 et 6. En cas de choc, il y a tout d'abord une course d'approche jusqu'à ce que l'élément déformable 13 vienne à l'extrémité de la première partie longitudinale 12a du tube 12, c'est-à-dire de façon à se présenter devant le rétrécissement 14. Puis, comme on le voit sur la Figure 5, sous l'effet du choc, l'élément déformable 13 poussé par l'arbre 11 s'engage à force dans le rétrécissement 14. Enfin, apres le franchissement de ce rétrécissement, l'élément déformable 13 se trouve de l'autre côté du rétrécissement 14, dans la deuxième partie longitudinale 12b du tube 12, comme cela est représenté sur la Figure 6. Un des aspects déterminants de l'invention, est que l'on peut agir sur les différentes caractéristiques de l'élément déformable 3 ou 13, ainsi que sur les différentes caractéristiques du rétrécissement 4 ou 14 du tube 2 ou 12. En ce qui concerne l'élément déformable 3 ou 13, les différentes caractéristiques sur lesquelles on peut agir pour obtenir la loi d'absorption d'énergie axiale désirée sont: - le matériau constituant l'élément déformable, - les caractéristiques de forme longitudinales et les caractéristiques dimensionnelles longitudinales, - les caractéristiques de forme transversales et les caractéristiques dimensionnelles transversales, et - les caractéristiques de structure. Les différentes caractéristiques du rétrécissement 4 ou 14 du tube 2 ou 12 sur lesquelles on peut agir pour obtenir la loi d'énergie axiale désirée sont: - les caractéristiques de forme et les caractéristiques dimensionnelles longitudinales, - les caractéristiques de forme transversales et les caractéristiques dimensionnelles transversales. On peut ainsi en agissant sur une ou plusieurs de ces différentes caractéristiques de l'élément déformable et du rétrécissement les unes par rapport aux autres adapter de façon rigoureuse l'absorption d'énergie du dispositif suivant la loi désirée. Enfin, afin d'améliorer l'engagement de l'élément déformable 3 ou 13 dans le rétrécissement 4 ou 14, cet élément déformable comporte un chanfrein d'entrée respectivement référencé 5 et 15. I1 faut observer que les caractéristiques de forme et dimensionnelles de ce chanfrein sont déterminées pour obtenir la loi d'absorption d'énergie axiale demandée. Selon une variante de l'invention, l'élément déformable 3 peut être monté coulissant avec plus ou moins de jeu, mais aussi monté serré avec un serrage convenable, ou même être injecté directement dans le tube 2. Selon une autre variante de l'invention, l'arbre et l'élément déformable constituent une seule et même pièce. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières, et n'en limitent aucunement la portée. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'absorption d'énergie axiale d'un système mécanique caractérisé en ce qu'il comporte: - un ensemble télescopique constitué par un arbre (1, 11) monté dans un tube (2, 12) de manière à pouvoir coulisser l'un dans l'autre le long d'une première partie longitudinale (2a, 12a) du tube (2, 12); l'arbre (1, 11) et le tube (2, 12) ayant des moyens de solidarisation en rotation. - un élément déformable (3, 13) monté de façon à pouvoir coulisser dans la première partie longitudinale (2a, 12a) du tube, entre l'extrémité de l'arbre et la deuxième partie longitudinale (2b, 12b) du tube; - la deuxième partie longitudinale (2b, 12b) du tube étant munie d'un rétrécissement (4, 14) dont le passage est plus faible que l'encombrement transversal de l'élément déformable (3, 13); - les différentes caractéristiques du rétrécissement (4, 14) et de l'élément déformable (3, 13) étant choisies et adaptées les unes par rapport aux autres de façon qu'en cas de choc axial, l'absorption d'énergie axiale s'effectue suivant la loi désirée donnée par l'adaptation de l'interférence transversale en fonction du déplacement longitudinal de l'élément déformable (3, 13) dans le rétrécissement (4, 14). 2. Dispositif d'absorption selon la revendication 2, caractérisée en ce que les différentes caractéristiques de l'élément déformable (3, 13) sur lesquels on agit pour obtenir la loi d'absorption d'énergie axiale désirée sont: - la matériau constituant l'élément déformable, - les caractéristiques de forme et dimensionnelles longitudinales, - les caractéristiques de forme et dimensionnelles transversales. - les caractéristiques de structure. 3. Dispositif d'absorption selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les différentes caractéristiques du rétrécissement (4, 14) du tube (2, 12) sur lesquelles on agit pour obtenir la loi d'énergie axiale désirée sont: - les caractéristiques de forme et dimensionnelles longitudinales, - les caractéristiques de forme et dimensionnelles transversales. 4. Dispositif d'absorption selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que: - l'ensemble télescopique comporte un arbre (11) et un tube (12), l'arbre (11) et l'évidement (16) du tube (12) ayant une section de profil conjugué avec deux parties circulaires (17, 19) diamétralement opposées et reliées par deux parties plates (18, 20) de façon à être solidaires en rotation, - l'élément déformable (13) a une section de profil et de dimensions sensiblement constants qui est conjugué avec la section de l'évidement (16) du tube (12) avec deux parties circulaires (19) diamétralement opposées reliées par deux parties plates (20), - le rétrécissement (14) de la deuxième partie longitudinale (12b) du tube (12) comporte deux empreintes (21) effectuées au milieu de chacune des deux parties plates (20) de façon à être diamétralement opposées, - les caractéristiques de forme et dimensionnelles longitudinales, ainsi que les caractéristiques de forme et dimensionnelles transversales de chacune des deux empreintes (21) étant déterminées en fonction de l'élément déformable (14) pour obtenir la loi d'absorption d'énergie axiale demandée. 5. Dispositif d'absorption selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément déformable est en matière plastique. 6. Dispositif d'absorption selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que: - l'ensemble télescopique comporte un arbre (1) et un tube (2) , l'arbre (1) et l'évidement (6) du tube (2) ayant une section circulaire avec des moyens de solidarisation en rotation; - l'élément déformable (3) a une section circulaire de profil et de dimensions sensiblement constantes, - le rétrécissement (4) de la deuxième partie longitudinale (2b) du tube (2) a une section circulaire de profil et de dimensions sensiblement constantes, - les caractéristiques de forme et dimensionnelles longitudinales, ainsi que les caractéristiques dimensionnelles transversales du rétrécissement (4) étant déterminées en fonction de l'élément déformable (3) pour obtenir la loi d'absorption d'énergie axiale demandée. 7. Dispositif d'absorption selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément déformable est en élastomère. 8. Dispositif d'absorption selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément déformable (3, 13) comporte un chanfrein d'entrée (5, 15) dans le rétrécissement (4, 14), les caractéristiques de forme et dimensionnelles étant déterminées pour obtenir la loi d'absorption d'énergie axiale demandée. 9. Dispositif d'absorption selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre (1, 11) et l'élément déformable (3, 13) constituent une seule et même pièce.