Brevet FR2712052A1 — publié le 19950512

La présente invention concerne le domaine des amortisseurs pour système mécanique en mouvement. La présente invention s'applique en particulier, mais non exclusivement, au domaine des systèmes d'armes munis d'un dispositif d'amortisseur. On a déjà proposé de nombreuses structures d'amortisseurs. On a proposé par exemple des amortisseurs à base de ressorts hélicoïdaux ou équivalents dans les documents US-A-4895061, US-A2363675, US-A-2273878, FR-A-404988, FR-A-135971, US-A-1480557, US-A1483129, UA-3387538 et US-A-2790357. On a proposé des amortisseurs à base d'écoulement de produits particulaires ou équivalents dans les documents US-A-3105411, US-A4173130, US-A-3417660 et USA-3521270. On a proposé des amortisseurs à base de système hydraulique ou pneumatique dans les documents FR-A-2644571, FR-A-2588370, US-A4388855 et US-A-1845218. On a proposé des amortisseurs à base de nids d'abeille ou équivalents dans les documents FR-A-2653870, US-A-4227593, US-A3 130819, US-A-3 552525, US-A-3 265 163, US-A-3082846 et US-A-3010040. On a proposé des amortisseurs à base de billes creuses déformables dans les documents FR-A-2653870, US-A-3923292 et US-A3637051. On a également proposé des amortisseurs à base de systèmes à friction, découpe ou déformation de matière dans les documents FR-A2241726, US-A-3501997, US-A-3424448 et FR-A-2333165. La présente invention a maintenant pour but de perfectionner les systèmes d'amortisseurs connus. Un but particulier de la présente invention est de proposer un nouvel amortisseur qui permette de contrôler avec précision l'effort d'amortissement exercé sur un élément mobile par rapport à une référence fixe. Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grace à un dispositif d'amortissement comprenant: - au moins un patin de friction apte à reposer sur l'élément mobile à amortir, - au moins un actionneur apte à agir sur le patin pour solliciter celui-ci sous un effort controlé vers l'élément mobile, - un capteur sensible à l'effet exercé par le patin sur l'élément mobile, - des moyens délivrant une valeur de consigne et - des moyens de pilotage qui commandent l'actionneur sur la base du résultat d'une comparaison du signal issu du capteur avec la valeur de consigne. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels - la figure 1 représente sous forme de blocs fonctionnels la structure générale d'un dispositif d'amortissement conforme à la présente invention, - la figure 2 représente une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'un dispositif d'amortissement conforme à la présente invention, - la figure 3 représente une vue en coupe d'un second mode de réalisation d'un dispositif d'amortissement conforme à la présente invention, - les figures 4 à 6 représentent un troisième mode de réalisation d'un dispositif d'amortissement conforme à la présente invention à trois phases successives de son fonctionnnement, et - la figure 7 illustre un diagramme de fonctionnement de ce dernier mode de réalisation. On a illustré schématiquement sur la figure 1 un patin de friction 10, un actionneur 20, un capteur 30, des moyens 40 délivrant une valeur de consigne et des moyens de pilotage 50 composant un dispositif d'amortissement conforme à la présente invention. Ces différents moyens 10, 20, 30, 40 et 50 sont de préférence portés par une référence fixe. Le patin de friction 10 est conçu pour reposer sur l'élément mobile à amortir 100. I1 est sollicité par l'actionneur 20, sous un effort controlé, vers l'élément mobile 100. Le capteur 30 est sensible à l'effet exercé par le patin 10 sur l'élément mobile 100. Les moyens de pilotage 50 commandent l'actionneur 20 sur la base du résultat d'une comparaison du signal issu du capteur 30 avec la valeur de consigne issue des moyens 40. Le patin 10 peut être formé de tout matériau de friction approprié. En effet, tous les couples de matériaux présentant un grand coefficient de frottement peuvent être utilisés dans le cadre de la présente invention. A titre d'exemple, on peut citer les couples suivants - l'acier et l'alumine en masse ou en dépôt, - l'acier et les matériaux composites de friction, - le carbone sur lui-même ou sur l'acier, - le graphite sur lui-même ou sur l'acier, - l'acier sur les matériaux de friction frittés, - l'acier sur la fonte, - tout autre couple de matériaux présentant un intérêt pour la friction, en particulier les céramiques ou les matériaux organiques. L'actionneur 20 qui sollicite la patin 10 peut faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation. 1l peut être formé d'un actionneur mécanique, hydraulique, pneumatique, électrique, électromagnétique, piézoélectrique, etc... Le capteur 30 peut également faire l'objet de nombreuses variantes. De préférence afin de ne pas perturber l'effet du patin 10 sur l'élément mobile 100, le capteur 30 n'est pas intercalé entre le patin 10 et l'élément mobile 100, mais est intercalé entre le patin 10 et la référence fixe. Le capteur 30 peut ainsi être formé d'un capteur d'effort intercalé entre le patin 10 et la référence fixe ou encore d'un capteur sensible au déplacement, à la vitesse ou à l'accélération de l'élément mobile 100 par rapport à la référence fixe. Les moyens 40 délivrant la valeur de consigne et les moyens de pilotage 50 peuvent également faire l'objet de nombreuses variantes. I1 peut s'agir par exemple de moyens mécaniques, hydrauliques, électroniques ou informatiques. On va maintenant décrire le mode de réalisation du dispositif représenté sur la figure 2. On aperçoit sur cette figure 2, un élément mobile 100 formé d'une tige guidée à translation selon son axe 0-0 par rapport à une référence fixe 1, des patins de friction 10 répartis autour de la tige 100, des actionneurs 20 qui sollicitent les patins 10 contre la surface extérieure de la tige 100 et prennent appui sur une bride 2 solidaire de la référence fixe 1, un capteur 30 intercalé entre les patins 10 et un disque 3 de la référence fixe 1 qui guide en son centre la tige 100, et des moyens de pilotage et de consigne 40/50 qui reçoivent le signal issu du capteur 30 par une liaison 32 et agissent sur les actionneurs 20 par une liaison 22. En pratique, les patins 10 peuvent être formés d'une structure annulaire unique pourvue d'une fente radiale et engagée sur la tige 100. On a représenté sur la figure 3, une variante de réalisation selon laquelle les actionneurs 20 sont formés de céramiques piézo électriques placées dans un étrier 4 qui entoure la tige 100 et peut se déplacer à la fois par rapport à cette tige 100 et à la référence fixe 1. Les capteurs 30 sont également formés de céramiques piézoélectriques. Bien entendu la valeur de consigne appliquée aux moyens de pilotage 50 peut, selon les applications, être constante ou modulée de façon contrôlée au cours de la phase d'amortissement. On va maintenant décrire la variante de réalisation représentée sur les figures 4 à 6. On aperçoit sur la figure 4: - un premier ensemble 1 formé d'un corps comprenant un fourreau cylindrique 4, une bride 5 et un anneau 6, - un second ensemble 100, formé d'une tige guidée en translation selon l'axe 0 - 0, dans le fourreau 4, - un patin 10, formé d'une douille de friction fendue, placée sur la tige 100 et susceptible de frotter sur celle-ci, - au moins une rondelle mince fendue, 20, de préférence plusieurs de telles rondelles 20 empilées, dont la périphérie extérieure repose dans une gorge 7 de l'anneau 6, tandis que la périphérie intérieure des mêmes rondelles 20 repose dans une gorge 1 1 de la douille de friction, de sorte que les rondelles 20 sollicitent la douille 10 sur la tige 100. Ces rondelles 20 sont de préférence des rondelles élastiques métalliques planes au repos, possédant des fentes radiales débouchant alternativement sur leur périphérie externe et sur leur périphérie interne pour constituer un ensemble de poutres radiales sollicitées en flambage. Les rondelles 20 montées et non sollicitées prennent une forme géométrique globalement conique. C'est le diamètre de la gorge 7, légèrement supérieur au diamètre intérieur des rondelles 20 dans leur état non déformée qui impose aux rondelles de passer d'une forme initialement plane à une forme globalement conique lorsqu'elles sont montées. Le sommet du cône géométrique sur lequel s'appuient les rondelles 20 est dirigé dans la direction opposée à la direction d'un choc dans le but de provoquer le serrage du patin 10 sur la tige 100 en cas de choc et provoquer le desserrage du patin 10 sur la tige 100 en cas de remise en position initiale (retour après le choc). I1 est prévu en outre entre la douille de friction 10 et la bride 5 du premier ensemble 1, un appui élastique 34. Cet appui élastique 34 peut faire l'objet de nombreuses variantes. Il s'agit avantageusement de deux rondelles de type Belleville, 35,36, montées tête-bêche, concavité en regard et en appui mutuel par leur périphérie extérieure. On notera la présence d'un léger jeu axial J, au repos, entre l'appui élastique 34 et la douille de friction 10 ou la bride 5. Le jeu axial J et la déformation autorisée de l'appui axial 34 sont adaptés pour permettre la déformation des rondelles 20 vers leur deuxième état stable d'équilibre, c'est à dire un basculement de la concavité des rondelles (dans le sens de déplacement de la tige 100 au repos - voir figure 4 - et dans le sens opposé après chargement - voir figure 6 -). L'appui axial 34 est adapté de préférence pour générer un effort résistant linéaire en fonction de sa déformation ou contrainte axiale. Le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 4 est le suivant. Lorsque l'appareil est au repos, les rondelles 20 sont tronconiques. Par conséquent, les poutres de flambage correspondantes sont rectilignes, dans une position dite d'attente. L'appui élastique 34 n'est pas sollicité. La douille de friction 10 est en appui sur la tige 100 grâce à l'élasticité propre des rondelles 20. Lors d'un choc, l'arc-boutement du mécanisme permet l'entraînement de la douille de friction 10 avec la tige 100. Les rondelles 20 sont alors sollicitées en flambage comme illustré sur la figure 5. Le déplacement relatif de la douille 10 par rapport au corps 100 se termine lorsque, après avoir subi une déformation de flambage, les poutres 20 prennent une position rectiligne et qu'elles sont chargées par l'appui élastique 34, comme on le voit sur la figure 6. Comme on le voit sur la figure 7, le système est adapté de sorte que la courbe de l'effort résistant de l'appui élastique 34 coupe la courbe de l'effort de friction du patin 10 sur la tige 100, au niveau du front descendant de cette courbe. Lors d'un déplacement relatif dans le sens actif de sollicitation, l'effort de friction du au patin 10 s'oppose à l'action de l'appui élastique 34. En cas de surintensité de l'effort de friction, l'effondrement de l'appui élastique 34 provoque un relachement des rondelles 20. Le glissement se produit donc avec un effort de friction parfaitement contrôlé par l'appui élastique 34. Lorsque le mécanisme n'est plus sollicité, la géométne des rondelles 20 et de l'appui élastique 34, ainsi que le jeu J renvoient les rondelles 20 dans leur premier état d'équilibre stable comme représenté sur la figure 4. Pour résumer, la déformation au début du choc pour passer de l'état d'attente (figure 4) à l'état de friction contrôlée (figure 6) se fait en passant par déformation de flambage forcée, d'une position d'équilibre initiale des rondelles 20 favorisant l'arcboutement du système vers une seconde position d'équilibre des rondelles 20 favorisant leur relachement, relachement par ailleurs contrôlé par l'appui élastique 34. On démontre en effet que l'action tangentielle de friction, pendant le glissement relatif de la tige 100 dans la douille 10 s'écrit: T= (F0 f) / (f+ tga) avec: f = coefficient de frottement de la douille 10 sur la tige 100, a = angle d'inclinaison des lamelles de flambage 20, par rapport à la normale à l'axe 0 - 0, dans la position de la figure 6, et Fo = effort axial résistant produit par l'appui élastique 34. On peut aussi montrer facilement qu'une variation df/f du coefficient de frottement du couple de matériau entraîne une variation de la réponse de l'amortisseur dT/T avec dT/T = [tg a . df ] / [ (f + tg a ) . f] Le mode de réalisation représenté sur les figures 4 à 6 offre en particulier les avantages suivants - il permet de limiter très sensiblement la fluctuation de la réponse en effort des amortisseurs à friction, - il permet de régler le mécanisme par contrôle de la réponse de l'appui élastique Fo, - il permet de modifier la réponse de l'amortisseur à friction sans modifier le nombre de rondelles 20 du dispositif. En variante les rondelles Belleville 20 peuvent être remplacées par tout moyen équivalent. On comprend que selon le mode de réalisation représenté sur les figures 4 à 6, le capteur de mesure 30 et les moyens 40/50 de pilotage et de définition de consigne sont réunis sous forme des rondelles 20. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers précédemment décrits, mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. Par ailleurs, le système amortisseur qui vient d'être décrit peut faire l'objet de nombreuses applications. En particulier, ce système amortisseur peut être utilisé dans un système d'arme, sans que toutefois cette application puisse être considérée comme limitative. Dans ce cas particulier, la référence fixe peut être formée d'une épaulière, ou de poignées pour un tir à l'épaule, ou encore d'un affût, tandis que l'élément mobile est formé d'un tube d'arme guidé à coulissement par rapport à la référence fixe. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'amortissement comprenant: - au moins un patin de friction (10) apte à reposer sur l'élément mobile à amortir (100) - au moins un actionneur (20) apte à agir sur le patin (10) pour solliciter celui-ci sous un effort contrôlé vers l'élément mobile (100) - un capteur (30) sensible à l'effet exercé par le patin (10) sur l'élément mobile (100) - des moyens (40) délivrant une valeur de consigne et - des moyens de pilotage (50) qui commandent l'actionneur (20) sur la base du résultat d'une comparaison du signal issu du capteur (30) avec la valeur de consigne. 2. Dispositif d'amortissement selon la revendication 1 caractérisée par le fait que le capteur (30) est intercalé entre le patin (10) et une référence fixe (1). 3. Dispositif d'amortissement selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que le capteur (30) est choisi dans le groupe comprenant : les capteurs d'effort, les capteurs de déplacement, les capteurs de vitesse et les capteurs d'accélération; 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que la consigne est constante. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que la consigne évolue au cours de la phase d'amortissement. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que le capteur de mesure (30) et les moyens (40/50) de pilotage et de définition de consigne sont réunis sous forme d'un même élément (34). 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que ledit même élément (34) est formé d'au moins une rondelle (35,36). 8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé par le fait que la rondelle (35,36) est plane au repos et possède des fentes radiales qui débouchent alternativement sur sa périphérie extérieure et sur sa périphérie intérieure. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé par le fait qu'il comprend - une référence fixe (1), - un élément (100) mobile par rapport à la référence fixe (1), - un patin (10) qui repose sur l'un de la référence (1) ou de l'élément mobile (100) - un actionneur formé de rondelles (20) à fentes radiales intercalé entre le patin (10) et l'autre de l'élément mobile (100) et de la référence (1) et - un appui élastique (34) qui limite et contrôle le déplacement du patin (400) par rapport audit autre de l'élément mobile (100) et de la référence (1). 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé par le fait que l'appui élastique (34) est composé de rondelles de type Belleville. 11. Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé par le fait que le jeu axial défini entre le patin (10) et ledit autre élément (100 ou 1), ainsi que la déformation de l'appui élastique (34) autorisent un basculement de rondelles (20) composant les moyens de commande élastiques, entre deux états stables, lors de la phase de chargement de l'amortisseur. 12. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 1 1 caractérisé par le fait que l'appui élastique (34) est adapté pour contrôler l'effort de friction afin de stabiliser la réponse en effort de l'amortisseur. 13. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé par le fait qu'il possède deux positions d'équilibre, l'une favorisant l'arcboutement du dispositif, l'autre favorisant le relachement du dispositif. 14. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé par le fait que l'appui élastique (34) est adapté pour opérer le retour automatique en position d'attente de rondelles (20) composant les moyens de commande élastiques, dans leur premier état d'équilibre. 15. Application du dispositif amortisseur conforme à l'une des revendications 1 à 14 à l'amortissement de l'effort exercé par le recul d'un tube d'arme. 16. Application selon la revendication 15, caractérisée par le fait que la référence est formée par une épaulière, des poignées ou un affût tandis que le système à amortir est formé par un tube d'arme coulissant par rapport à la référence fixe.