Brevet FR2749898A1 — publié le 19971219

"Agencement pour atténuer l'effet de butoir d'un ressort hélicoïdal amené à spires jointives" L'invention se rapporte à un agencement destiné à atténuer l'effet de butoir d'un ressort spiralé en hélice autour d'un axe, amené à spires jointives par compression entre deux sièges portant chacun sur une spire d'extrémité associée et mobiles l'un par rapport à l'autre parallèlement à l'axe du ressort. Les ressorts hélicoïdaux peuvent être utilisés en traction ou en compression. Pour les utiliser en traction, il faut que les spires d'extrémité soient aménagées pour former attaches. De plus, une traction excessive peut entraîner un dépassement de la limite élastique du métal constituant le ressort, et en conséquence un allongement résiduel permanent. Aussi, notamment lorsqu'il s'agit de ressorts tarés, pour lesquels il faut que la raideur, quotient de la force appliquée par la déformation résultante, et la longueur d'origine soient sensiblement conservées durant la vie du ressort, préfère-t-on souvent faire travailler les ressorts en compression. L'aménagement des spires d'extrémité est réduit au minimum nécessaire à la portée des sièges, et la déformation en compression est limitée par la mise à spires jointives du ressort, de sorte que les caractéristiques de ce ressort peuvent être déterminées pour éviter que le métal du ressort puisse atteindre la limite élastique. Une application typique de ressorts utilisés en compression se trouve dans le domaine des transmissions des véhicules automobiles, plus précisément des dispositifs de filtration des vibrations de torsion, disques de friction d'embrayage et volants double amortisseur. Dans ces dispositifs, on réalise des filtres mécaniques de vibrations dont la fréquence de coupure résulte de la combinaison de la raideur de ressorts et de l'inertie des organes de transmission situés en aval du filtre, conjointement avec des organes amortisseurs à friction. Les ressorts doivent transmettre le couple du moteur aux organes de transmission. On comprend que des déformations permanentes de ces ressorts seraient susceptibles d'introduire des jeux indésirables de transmission, et de modifier les caractéristiques de filtrage (fréquence de coupure). De façon pratiquement systématique on fait usage, dans de tels dispositifs, de ressorts hélicoïdaux travaillant en compression. Toutefois, l'avantage présenté par les ressorts travaillant en compression, que la mise à spires jointives empêche de dépasser la limite élastique, comporte en contrepartie un inconvénient: dès que le ressort est amené à spires jointives, sa raideur devient pratiquement infinie (il ne peut se comprimer plus). I1 en résulte un effet de butoir, avec un choc dur si l'effort de compression est supérieur à la force résistante présentée par le ressort comprimé à spires jointives. Or, notamment dans les applications typiques signalées ci-dessus, la plage d'efforts de compression des ressorts tarés, correspondant au fonctionnement normal des dispositifs où ils sont incorporés, est peu inférieure à la plage d'efforts résistants fournie par les ressorts entre leur position de repos et la mise à spires jointives, pour utiliser au mieux les ressorts. Mais on risque alors un dépassement accidentel de la limite haute de la plage de fonctionnement normal. On conçoit qu'il y a lieu de prendre des dispositions pour que des chocs durs, résultant de l'effet de butoir des spires jointives, ne détériorent pas les dispositifs dans lesquels sont incorporés des ressorts tarés. Dans ce but, l'invention propose un agencement destiné à atténuer l'effet de butoir d'un ressort spiralé en hélice autour d'un axe, amené à spires jointives par compression entre deux sièges portant chacun sur une spire d'extrémité associée et mobiles l'un par rapport à l'autre parallèlement à l'axe du ressort, caractérisé en ce que les sièges sont disposés pour ne porter chacun sur sa spire associée qu'à l'intérieur d'un arc, qui sera dit arc portant, ces arcs ayant leurs sommets dans un plan passant par l'axe, les sommets des arcs portants étant de part et d'autre de l'axe, et la somme de ces arcs étant inférieure à 3600, le ressort amené à spires jointives étant ainsi apte à une déformation élastique en parallélogramme. Les efforts de compression transmis au ressort par les sièges s'exercent sur les spires d'extrémité associées suivant les cordes (parallèles) sous-tendant les arcs portants. La somme de ces arcs portants étant inférieure à 3600, les projections de ces cordes sur un plan perpendiculaire à l'axe du ressort sont distantes et les projections des aires comprises entre les arcs portants et leurs cordes ne se recouvrent pas. Il en résulte que les forces exercées par les sièges forment un couple qui tend à faire pivoter le plan moyen des spires autour d'axes parallèles aux cordes des arcs portants, induisant une déformation en parallélogramme d'une section axiale du ressort perpendiculaire aux cordes d'arcs portants. On parle ici de plan moyen de spire, qui est une expression commode, en ce qu'elle assimile le ressort à un empilage d'un nombre entier de spires mais n'a de sens rigoureux que si on y apporte certaines précisions. L'hélice suivant laquelle est disposée la fibre neutre du ressort hélicoïdal est une courbe gauche décrite par l'extrémité d'un rayon de longueur constante dont l'origine est sur l'axe du ressort, et qui tourne, en restant parallèle à un plan directeur, autour de cette origine d'un mouvement angulaire constant tandis que l'origine se déplace suivant l'axe d'un mouvement constant, correspondant à un pas d'hélice pour une rotation de 3600. Le plan de spire sera le plan où se trouve le rayon tournant orienté à 1800. On considérera que l'orientation origine des angles se trouve dans un plan passant par l'axe du ressort perpendiculaire aux cordes d'arcs portants. On comprendra que, en l'absence d'efforts transversaux, l'axe du ressort est perpendiculaire au plan directeur. On comprendra de plus que la raideur du ressort à l'encontre du couple induisant une déformation en parallélogramme est très supérieure à la raideur à l'encontre de la compression avant mise à spires jointives, ne serait-ce que parce que les raideurs individuelles des spires en déformation en parallélogramme, où elles sont en parallèle, s'ajoutent, alors que en compression, les spires sont en série, et la raideur du ressort est celle du spiralage, indépendante du nombre de spires. Aussi, la déformation élastique en parallélogramme ne commence à devenir sensible que lorsque la raideur en compression devient pratiquement infinie, les spires étant jointives. Fréquemment, l'arc portant d'un des sièges sera sensiblement ponctuel. Cela correspond au montage courant où un siège appartient à un voile plan passant par l'axe du ressort, tandis que l'autre siège est constitué par le fond d'un logement cylindrique où est maintenu le ressort, logement ménagé dans un boîtier entourant le voile. De préférence, l'un au moins des sièges comporte une butée suivant un arc diamétralement opposé à l'arc portant de ce siège, la spire associée venant en contact avec la butée en limite de déformation en parallélogramme du ressort. On conçoit que la déformation élastique en parallélogramme du ressort doit rester limitée pour ne pas atteindre la limite élastique du métal. C'est ce qu'assure la disposition de la butée. Par ailleurs, en raison de la raideur fortement accrue du ressort résultant de la déformation en parallélogramme, l'effort appliqué entre les sieges pour mettre en contact la spire associée avec la butée est considérablement plus élevé que l'effort qui correspond à la mise à spires jointives du ressort. On peut reporter ainsi le choc dur correspondant au passage à l'infini de la raideur à une valeur qui ne sera pratiquement jamais atteinte. Selon une disposition préférée, les deux sièges comportent des butées; la butée d'un premier siège est constituée par une zone plastiquement déformable telle que, par une compression préalable du ressort jusqu'à contact de la butée de second siège avec la spire d'extrémité associée, la spire associée déprime la zone plastiquement déformable, égalisant ainsi les limites de déformation élastique en parallélogramme déterminées par les butées de premier et second sièges. Pour obtenir une zone plastiquement déformable, une solution simple consiste à disposer un évidement sous la zone de butée, de façon que la matière puisse se déformer localement, étant refoulée dans l'évidement. Il serait difficile à priori d' ajuster l'égalité des limites de déformation élastique déterminées par les butées des deux sièges, tandis que l'ajustement par déformation plastique est précis, simple et peu coûteux. D'autres caractéristiques secondaires et des avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une coupe axiale d'un volant double amortisseur susceptible d'incorporer l'invention; La figure 2 est une vue en élévation d'une cassette d'attelage équipant le volant de la figure 1, avec un agencement de ressorts selon l'invention; La figure 3 est une coupe longitudinale de la cassette de la figure 2, en traction jusqu'à mise à spires jointives des ressorts; La figure 4 est une coupe analogue à celle de la figure 3, où une traction supérieure entraîne une déformation en parallélogramme des ressorts; La figure 5 est une vue en élévation d'une variante de cassette d'attelage, avec une butée ajustable de limite de déformation en parallélogramme; Les figures 6 et 7 correspondent, par rapport à la figure 5, aux figures 3 et 4 par rapport à la figure 2; La figure 8 est une coupe radiale d'un disque de friction d'embrayage, avec un amortisseur de vibrations de torsion incorporant l'invention; La figure 9 est une vue de détail d'un logement de ressort de l'amortisseur de la figure 8, en élévation; Les figures 10 à 13 sont des représentations schématiques du fonctionnement de l'invention; Les figures 14 à 16 sont d'autres représentations schématiques de l'invention, avec un siège de ressort en lame. Le volant double amortisseur, représenté en coupe figure 1, pour matérialiser un cadre typique d'utilisation de l'invention, comporte un élément de volant primaire 1, un élément de volant secondaire 2, centré coaxialement sur l'élément primaire 1 par un roulement 7. Pour ce faire, l'élément primaire comporte un moyeu central 8 étagé dont la périphérie externe porte la bague intérieure du roulement 7. Un moyen d'attelage ou cassette 3, disposé radialement, s'articule par un pivot 5 sur l'élément de volant primaire 1 vers la périphérie externe de celui-ci, et par un pivot 6 sur l'élément de volant secondaire 2, plus près du centre. En fait, il existe quatre cassettes semblables, disposées à 900 l'une de l'autre. En parallèle sur les moyens d'attelage ou cassettes sont disposés des moyens de frottement 4, constitués d'un empilement de rondelles annulaires, solidaires en rotation alternativement des éléments de volant primaire l et secondaire 2, l'empilement étant mis en pression par une rondelle Belleville, classiquement. L'élément de volant primaire 1 se couple à la bride d'extrémité du vilebrequin du moteur, ici par des vis non référencées, tandis que l'élément secondaire 2 comporte une face dressée pour formation d'une face de friction et constitue le plateau de réaction d'un embrayage à friction classique. Comme représenté figures 2 à 4, la cassette comporte un boîtier 10, de forme hexagonale oblongue avec un palier 15 à un sommet, un tiroir 20 en forme d'ancre, muni d'un palier 25, et des jeux de ressorts à spiralage en hélice 35, 36, 35', 36', disposés parallèlement à un plan médiateur défini par les axes des paliers 15 et 25, et symétriquement par rapport à ce plan. Le boîtier forme des logements cylindriques 11 et 11' qui confinent les ressorts, ces logements comportant des fenêtres longitudinales llb, ll'b. Le palier 15 se monte sur le pivot 5 et le palier 25 sur le pivot 6. On observera que les ressorts 35, 35' sont constitués par des fils de forte section, présentent une raideur importante, et seront considérés comme ressorts principaux. Les ressorts 36, 36', entourés par les ressorts 35, 35', sont des ressorts auxiliaires, spiralés en sens inverse des ressorts principaux 35, 35', dont la raideur, plus faible, s'ajoute à celle des ressorts principaux, tout en diminuant la réaction de torsion résultant de la compression. En outre ils participent au centrage des ressorts principaux. On comprend qu'une traction entre les paliers 15 et 25 provoque une compression des ressorts 35, 36, 35', 36', entre les pattes 21, 21' de l'ancre 20, à l'opposé du palier 25, et les fonds de logements 11, 11' du boîtier 10, à l'opposé du palier 15. Le boîtier 10 comporte, suivant le plan médiateur, des logements en forme de gouttières 14, dans lesquels s'encastrent des guides qui coiffent des nervures 23 qui font saillie de la verge (ou partie centrale) 22 de l'ancre 20, afin qu'une traction sur la cassette 3 entre les paliers 15 et 25 s'effectue strictement suivant le plan médiateur. Selon le mode de réalisation de l'invention choisi et représenté aux figures 2 à 4, et comme on le verra mieux aux figures 3 et 4, les ressorts 35, 36, 35', 36', portent, par leurs spires d'extrémité, sur des sièges constitués par les fonds pila, ll'a (qui seront dits premiers sièges) des logements 11 et 11', d'une part, et par les pattes 21, 21' de l'ancre 20 (qui seront dits seconds sièges). Les spires d'extrémité des ressorts qui portent sur ces sièges seront dites spires associées à ces sièges. On observera que les fonds de logements lia et ll'a présentent, du côté proche de la verge 22 de l'ancre 20, des dégagements lic, li'c, tels que les spires associées portent dans le vide à leur aplomb. Les pattes 21, 21' d'ancre 20 présentent une dépouille vers l'extérieur, de sorte qu'elles ne portent sur leurs spires associées que du côté proche de la verge. Lorsque la cassette n'est pas en traction, comme représenté figure 2, les ressorts 35, 36 , 35', 36', sont allongés sur toute la longueur de leurs logements 11, 11', les spires étant distantes. La traction progressive entre les paliers 15 et 25 resserre les spires jusqu'à les amener à spires jointives (figure 3), configuration limite de compression. Mais, comme représenté figure 4, une traction complémentaire entraîne une déformation en parallélogramme des ressorts, comme on l'a décrit précédemment, jusqu'à ce que les spires associées aux pattes 21, 21', ou seconds sièges, portent sur ces pattes, outre au plus près de la verge 22, également sur les extrémités libres en des points diamétralement opposés. Par contre les spires associées aux fonds pila, ll'a des logements 11, 11' ont basculé suivant les raccordements des dégagements lic, vil'c avec les fonds lia, ll'a, pour se disposer en parallèle sur les spires associées aux pattes 21, 21'. Cela sera exposé plus en détail en référence aux figures 10 à 16. On se rapportera maintenant aux figures 4 à 7. La cassette 3 ici représentée est semblable à celle que représentent les figures 2 à 4. Notamment l'ancre 20 et les ressorts 35, 36, 35', 36', sont identiques. Mais, dans le boîtier 10, les fonds lia, ll'a des logements 11, 11' sont, à l'origine, droits (figures 5 et 6), tandis que les flasques dont l'assemblage forme le boîtier 10 présentent, sous l'emplacement des fonds lia, li'a et au plus près de la verge 22, des évidements lld, ll'd qui déterminent des zones plastiquement déformables de ces fonds lla, ll'a. Après montage de la cassette, on exerce une traction progressive entre les paliers 15 et 25, jusqu'à amener les ressorts à spires jointives, puis au-delà; la poussée des spires associées aux premiers sièges lia, ll'a (fonds de logements 11, il'), sollicitées en déformation en parallélogramme par l'action des pattes 21, 21' de ancre 20, en dépouille vers l'extérieur, déprime les zones plastiquement déformables déterminées par la présence des évidements îîd, ll'd. On comprend qu'ainsi la limite de déformation en parallélogramme déterminée par les zones plastiquement déformables déprimées est égale à celle que détermine la dépouille des pattes 21, 21' de l'ancre 20. Le disque de friction 40 d'embrayage représenté aux figures 8 et 9 est équipé classiquement d'un dispositif amortisseur de torsion constitué de deux flasques 42 et 42' solidaires en rotation classiquement par des colonnettes ici non visibles, le flasque 42' portant le disque de friction proprement dit, et d'un voile 41 intermédiaire solidaire en rotation d'un moyeu 46. Un dispositif amortisseur 47 est intercalé entre les flasques 42, 42' et le voile 41, une rondelle Belleville assurant un serrage du dispositif. Des ressorts hélicoïdaux tels que 45 sont insérés dans des logements constitués par des fenêtres pratiquées en correspondance dans les flasques 42, 42' et le voile 41, et allongées suivant un cercle centré sur l'axe du moyeu 46. Ces ressorts 45 procurent le couple de rappel élastique d'amortissement. Ici le ressort 45 est constitué par une spirale de fil à section carrée, pour procurer un appui franc aux spires consécutives lors de la compression à spires jointives. Selon l'invention, les bords radiaux 41a des fenêtres pratiquées dans le voile 41, et 42a des fenêtres pratiquées dans les flasques 42, 42' forment des angles faibles par rapport aux directions radiales, de manière à permettre au ressort 45, après compression jusqu'à mise à spires jointives, de subir une déformation complémentaire en parallélogramme. Pour mieux comprendre l'atténuation, procurée par l'invention, de l'effet de butoir d'un ressort hélicoïdal travaillant en compression et amené à spires jointives, on se reportera aux figures 10 à 13. La figure 10 représente en plan un ressort hélicoïdal 50 mis en compression par deux sièges 51 et 52. Les figures 11, 12, 13 représentent la coupe axiale de ce ressort, respectivement au repos, amené à spires jointives, et déformé en parallélogramme. Le siège 51 forme un gradin dont l'arête porte sur la spire associée 50a suivant une corde 51b qui sous-tend un arc portant 51a. De même le siège 52 forme un gradin dont l'arête porte sur la spire associée 50b suivant une corde 52b, qui sous-tend un arc portant 52a. Les sommets des arcs portants sont diamétralement opposés et donc de part et d'autre de l'axe. Ici le gradin du siège 51 est moins haut que celui du siège 52. Les cordes 51b et 52b sont parallèles entre elles, et les projections en plan des aires délimitées par les arcs portants 51a, 52a et les cordes 51b, 52b qui les sous-tendent ne se recouvrent pas. Cela peut être exprimé en disant que la somme des arcs portants est inférieure à 3600. Tant que le ressort, progressivement comprimé, n'est pas amené à spires jointives (figure 11), la présence des gradins n'induit pratiquement pas de déformation du ressort 50 autre qu'une réduction uniforme du pas des spires. Mais (figure 12), le ressort étant arrivé à spires jointives, la déformation en compression ne peut se poursuivre. Un rapprochement supplémentaire des sièges 51 et 52 impose que les spires se déforment en parallélogramme (au sens défini précédemment), les spires d'extrémité associées 50a et 50b basculant suivant les cordes 51b et 52b. La raideur du ressort 50 reste pratiquement constante pendant la compression précédant la mise à spires jointives. Puis elle passe à une valeur nettement plus élevée lors de la déformation en parallélogramme, les raideurs individuelles des spires s'additionnant. On voit sur la figure 13 que la déformation en parallélogramme trouve une limite lorsque la spire associée 50a au siège 51 vient buter sur ce siège en un point 51c, diamétralement opposé au sommet de l'arc portant 51a. Les figures 14 à 16 se rapportent au fonctionnement de l'agencement de l'invention dans le cas où le ressort est pris entre un siège en lame, tel que l'ancre 20 des figures 2 à 7 et le voile des figures 8 et 9, et un autre siège constitué par des flasques de part et d'autre de la lame. En fait les figures 14 à 16 correspondent aux dispositions des figures 2 à 4. La figure 14 est une vue en plan, tandis que les figures 15 et 16 sont des coupes axiales correspondant respectivement au ressort 35 à spires jointives, et en déformation limite en parallélogramme. Le ressort 35 est pris entre un premier siège constitué par le fond lia de logement de ressort formé dans le boîtier, et un second siège constitué par la patte d'ancre 21. L'arc portant du premier siège lia contre la spire associée 35b occupe pratiquement une demicirconférence, jusqu'au dégagement lic, tandis que l'arc portant du second siège est déterminé par la faible épaisseur de la patte d'ancre 21 et est pratiquement ponctuel. La spire associée 35a à la patte d'ancre 21 porte en permanence au point 2la, au plus près de la verge, et en limite de déformation en parallélogramme au point de butée 21c, diamétralement opposé au point 21a. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution, dans le cadre des revendications. Notamment l'agencement selon l'invention peut être appliqué à des ressorts hélicoïdaux travaillant en compression dans des dispositifs autres que des amortisseurs de vibrations de torsion, même si ces amortisseurs sont des applications exemplaires de l'invention. Dans tous les cas, grâce à l'invention, l'amortisseur est moins fragile du fait de la déformation en parallélogramme des ressorts. REVENDICATIONS 1. Agencement destiné à atténuer l'effet de butoir d'un ressort (35, 35', 50) spiralé en hélice autour d'un axe, amené à spires jointives par compression entre deux sièges (21, 21', 51 ; lia, ll'a, 52) portant chacun sur une spire d'extrémité associée (35a, 50a ; 35b, 50b) et mobiles l'un par rapport à l'autre parallèlement à l'axe du ressort (35, 50), caractérisé en ce que les sièges (21, 21', 51 ; lia, ll'a, 52), sont disposés pour ne porter chacun sur sa spire associée qu'à l'intérieur d'un arc (51a, 52a), qui sera dit arc portant, ces arcs ayant leurs sommets dans un plan passant par l'axe, les sommets des arcs portants étant de part et d'autre de l'axe, et la somme de ces arcs étant inférieure à 3600, le ressort (35, 35', 50) amené à spires jointives étant ainsi apte à une déformation élastique en parallélogramme. 2. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arc portant de l'un des sièges (21a) est sensiblement ponctuel. 3. Agencement selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'un au moins des sièges (21, 51) comporte une butée (21c, 51c) suivant un arc diamétralement opposé à l'arc portant (21a, 51a), la spire associée (35a, 50a) venant en contact avec la butée en limite de déformation en parallélogramme du ressort. 4. Agencement selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux sièges (21, lia) comportent des butées, la butée d'un premier siège (lia) est constituée par une zone plastiquement déformable (nid) telle que, par une compression préalable du ressort (35) jusqu'à contact de la butée (2 il) de second siège (21) avec la spire associée (35a), la spire (35b) associée au premier siège déprime la zone plastiquement déformable (nid), égalisant ainsi les limites de déformation en parallélogramme déterminées par les butées des premier et second sièges. 5. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un ressort auxiliaire à spiralage en hélice (36, 36'), de raideur moindre que le principal, et de sens de spiralage inverse, est inséré à l'intérieur du ressort principal (35, 35'). 6. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est incorporé dans un disque de friction d'embrayage (40) comme élément constitutif d'un dispositif amortisseur (41, 42, 42', 45, 47) de vibrations de torsion. 7. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est incorporé dans une cassette (3) élastiquement extensible d'attelage d'un élément secondaire (2) à un élément primaire (1) de volant double amortisseur, pour autoriser un décalage angulaire entre les éléments (1, 2) à l'encontre d'un couple de rappel. 8. Agencement selon la revendication 7, caractérisé en ce que la cassette est attelée à deux pivots (5, 6), parallèles à l'axe de rotation du volant, solidaires respectivement des éléments primaire (1) et secondaire (2), et disposés à des distances radiales différentes, en sorte que les pivots (5, 6) soient sensiblement alignés radialement en l'absence de couple de rappel. 9. Agencement selon la revendication 8, caractérisé en ce que la cassette est symétrique par rapport à un plan médiateur passant par l'axe de paliers (15, 25) engagés sur les pivots (5, 6), et comporte un boîtier (10) avec un premier palier (15) et deux logements (11, 11') de ressorts parallèles au plan médiateur, présentant des fonds (lia, ll'a) constituant premiers sièges de ressorts, et un tiroir (20) en forme d'ancre portant le second palier (25), avec une verge (22) guidée par le boîtier (10) suivant le plan médiateur, et des pattes (21, 21') étendues latéralement constituant seconds sièges, les arcs portants (2 la) des sièges de pattes étant au plus près du plan médiateur. 10. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le ressort (45) est constitué d'un fil à section carrée.