Brevet FR2750189A1 — publié le 19971226

BUTÉE EN CAOUTCHOUC ASSURANT UN AMORTISSEMENT PROGRESSIF La présente invention concerne une butée en caoutchouc interposée entre un élément fixe et un élément mobile, ladite butée assurant, en fin de course de l'élément mobile, un amortissement progressivement croissant au fur et à mesure de l'écrasement de la butée. Ce type de butée est destiné, notamment, à être utilisée pour une suspension de véhicule automobile, notamment en étant interposée entre la carrosserie du véhicule et un bras solidaire d'une roue et articulé à pivotement par rapport à la carrosserie. I1 est bien connu de réaliser de telles butées au moyen de corps en caoutchouc ayant des formes diverses, notamment des formes ogivales. Ces butées ont un corps plein, généralement monté sur une embase de fixation permettant leur assujetissement sur l'élément fixe ou l'élément mobile, entre lesquels elles sont destinées à être interposées. Ces butées sont d'un coût relativement réduit mais présentent généralement deux inconvénients. En premier lieu, la masse de caoutchouc doit, si l'on veut éviter une utilisation rapidement destructive, subir une déformation limitée et l'on considère donc que, dans le sens de la compression, la réduction de longueur de la butée ne peut aller au-delà de la moitié de sa longueur initiale ; le fait que l'on ne puisse comprimer la butée en caoutchouc que de façon limitée impose d'avoir, avec la valeur ci-dessus donnée, une longueur initiale de butée au moins égale au double de sa longueur à l'état comprimé or, on sait que, fréquemment, dans l'industrie automobile, les problèmes d'encombrement interviennent de façon décisive dans le choix des solutions techniques adoptées. En second lieu, la réponse élastique de la butée à la compression est telle que, dès le début de compression, on génère une force de réaction importante, d'où il résulte une raideur désagréable de la suspension, dès que la butée est mise en oeuvre en fin de course de l'élément mobile. Néanmoins, ce type de butée a, antérieurement, largement été utilisé, par exemple sur un véhicule commercialisé sous la marque "PEUGEOT 505". Compte-tenu des inconvénients susmentionnés, on a cherché à augmenter la possibilité de compression du matériau élastique utilisé pour réaliser une butée et on a cherché également à réaliser des butées qui, en début de compression, n'exercent qu'une faible force de réaction, c'est-à-dire qui ont une courbe de réaction élastique progressivement croissante au fur et à mesure de la compression. On a déjà proposé, à cet égard, de remplacer le caoutchouc par un matériau plastique cellulaire, par exemple une mousse de polyuréthanne ; dans ce cas, on peut amener la butée, en fin de compression, à avoir une longueur résiduelle d'environ un tiers de sa longueur initiale et, en outre, la courbe donnant la force de réaction en fonction de la variation de longueur est beaucoup plus progressive qu'avec du caoutchouc, ce qui améliore considérablement le confort lorsque la butée entre en jeu entre un bras de suspension et une caisse de véhicule. Malheureusement, la réalisation de butées en matériau cellulaire est beaucoup plus onéreuse que celle des butées en caoutchouc. La présente invention a pour but de proposer une butée élastique qui, bien qu'elle soit réalisée en caoutchouc, possède les mêmes caractéristiques avantageuses que les butées réalisées en polyuréthanne cellulaire ; en effet, la butée selon l'invention peut supporter une réduction de longueur d'environ deux tiers de la longueur initiale tout en conservant ses caractéristiques d'amortissement pour un nombre de cycles de fonctionnement considéré comme satisfaisant dans l'industrie automobile ; par ailleurs, la forme particulière adoptée pour la butée selon l'invention permet d'obtenir une courbe d'amortissement progressif, c'est-à-dire une force de réaction faible au début de la compression de la butée et progressivement croissante au fur et à mesure que l'on approche de la limite d'écrasement autorisé de la butée. L'invention concerne donc une butée en caoutchouc destinée à être disposée entre un élément fixe et un élément mobile, à une fin de course de ce dernier ; cette butée est du type ayant un corps de révolution en caoutchouc délimité, d'un côté, par une base associée à une embase de fixation et, de l'autre, par une extrémité d'impact, l'embase étant susceptible d'être solidarisée de l'un des deux éléments susmentionnés alors que l'extrémité d'impact peut venir en contact avec l'autre élément pour amortir élastiquement la fin de course de l'élément mobile, une partie du corps ayant extérieurement une forme ogivale, dont la pointe constitue l'extrémité d'impact de la butée. La butée selon l'invention est caractérisée par le fait que son embase est réalisée en un matériau rigide, plastique ou métallique par exemple, ladite embase comportant un fond entouré par un bord relevé, ledit bord enserrant extérieurement la base de la butée, ladite base étant constituée par un anneau torique et que le corps de la butée comporte axialement un noyau allongé, relié périphériquement à l'anneau torique précité par une collerette, dont la face externe est, en se repérant sur l'axe de la butée, à un niveau compris entre les deux extrémités du noyau, définissant ainsi une partie supérieure et une partie inférieure du noyau, la paroi externe de la partie supérieure du noyau constituant la forme ogivale extérieure du corps et la partie inférieure du noyau étant délimitée par une paroi inférieure ayant un sommet qui, hors contrainte, est espacé du fond de l'embase et se raccorde de façon continue à la face interne de la collerette faisant vis-à-vis à l'embase, un espace libre étant ménagé entre ladite paroi inférieure du noyau et la face interne de l'anneau torique constituant la base. Avantageusement, l'embase est une coupelle métallique obtenue par déformation (emboutissage, matriçage, ou analogue) d'une tole ; mais l'embase peut aussi être une pièce de fonderie ; l'embase doit essentiellement permettre de maintenir extérieurement l'anneau torique constituant la base de la butée pendant toute la déformation de ladite butée. Dans un mode préféré de réalisation, l'espace libre qui, hors contrainte, est défini entre le corps et l'embase, est une couronne, dont la demi-section axiale a une forme de coin en angle aigu dans la zone de raccordement de la collerette avec l'anneau torique. Avantageusement, l'épaisseur de la collerette est sensiblement constante et égale à celle de l'anneau torique dans la zone où ils se rejoignent. On préfère que la face externe de la collerette forme avec la paroi supérieure du noyau un angle de raccordement compris entre 45 et 9oxo. On peut prévoir que la demi-méridienne de la paroi inférieure du noyau et de la face interne de la collerette soit un arc de cercle dont le centre est du côté du plan du fond de l'embase, où ne se trouve pas le corps de la butée ; on peut prévoir, également, que la demi-méridienne de la face interne de l'anneau torique soit un arc de cercle ; le fond du coin formé, en section axiale, par les demiméridiennes sensiblement sécantes de la paroi inférieure du noyau et de la face interne de l'anneau torique est, de préférence, arrondi selon un congé de raccordement. On préfère que l'épaisseur, mesurée radialement, de l'anneau torique augmente en direction du fond de l'embase ; on peut prévoir que la face externe de l'anneau torique définisse une gorge d'encliquetage pour le bord de l'embase. Les sommets des parois inférieure et supérieure du noyau peuvent être arrondis pour constituer sensiblement une calotte sphérique ; le noyau est plein et la demi-méridienne de la paroi externe de la partie supérieure dudit noyau est, de préférence, un arc de cercle. On a constaté qu'en ménageant un espace libre entre la partie inférieure du noyau et l'anneau torique, qui constitue la base de la butée, on augmente considérablement la longueur de compression que peut subir la butée. En effet, au début de la déformation, le noyau commence d'abord par se déplacer par rapport à l'anneau torique en direction de la coupelle avec déformation de la collerette ; puis, la partie inférieure du noyau vient en contact avec la coupelle, ce qui entraîne une augmentation de la résistance à l'écrasement, d'où il résulte une déformation simultanée de la partie supérieure et de la partie inférieure du noyau, cette dernière venant progressivement, lorsque la charge augmente, remplir l'espace libre délimité par l'anneau torique, alors que la forme ogivale de la partie supérieure s'aplatit jusqu'à venir sensiblement au niveau du raccordement entre la collerette et l'anneau torique. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 représente, en élévation, une butée selon l'invention - la figure 2 représente une coupe axiale de la butée de la figure 1; - les figures 3A à 3F représentent schématiquement des demi-coupes de la butée de la figure 1, au cours de la déformation due à une compression axiale - la figure 4 représente la courbe donnant la réduction de longueur de la butée en fonction de la force appliquée. En se référant au dessin, on voit que la butée selon l'invention est constituée d'une coupelle métallique 1, qui entoure la base d'un corps de butée 2 ; ladite butée est de révolution autour d'un axe AB. Le corps 2 est constitué, d'une part, d'une base formée d'un anneau torique 3, dont la partie inférieure est engagée à l'intérieur de la coupelle 1, qui constitue une embase de fixation, et, d'autre part, d'un noyau 4, qui se raccorde à l'anneau torique 3 par une collerette o w . r périphtrique 5. L'anneau torique 3 a une face externe 3a dont la demiméridienne est un arc de cercle de 7 mm de rayon ; cette concavité coopère avec le bord relevé ta de la coupelle 1, pour assurer un encliquetage de la base de butée dans la coupelle d'embase. La coupelle 1 comporte un fond ld et est destinée à la fixation de la butée sur un élément fixe, par exemple une carrosserie de véhicule, en fin de course d'un bras de suspension pivotant supportant une roue du véhicule. La face interne de l'anneau torique 3 présente une convexité en direction de l'axe AB de la butée ; sa section par un plan diamétral est un arc de cercle de 16 mm de rayon dont le centre est à 4,7 mm au-dessus du plan inférieur de la base de butée. L'épaisseur de l'anneau torique 3 augmente progressivement depuis la collerette 5 jusqu'au fond lb de la coupelle ; dans la zone où l'anneau torique 3 se raccorde à la collerette 5, les épaisseurs de l'anneau torique 3 et de la coupelle sont équivalentes et voisines de 27 mm. L'épaisseur de la collerette 5 reste sensiblement constante jusqu'à sa jonction avec le noyau 4. La face externe de la collerette 5 rejoint le noyau 4 au niveau d'un point de l'axe AB désigné par D sur le dessin. Le plan perpendiculaire à l'axe AB de la butée et passant par le point D sépare le noyau 4 en deux parties : une partie supérieure 4a et une partie inférieure 4b. Le noyau 4 ne comporte aucun évidement ; sa partie inférieure 4b délimite, avec le fond ld et la face interne 3k de l'anneau torique 3, un espace libre 6. La partie supérieure 4a du noyau 4 est délimitée par une paroi externe en forme d'ogive, dont le sommet 7 est arrondi en forme de calotte sphérique. La partie inférieure 4b du noyau 4 est délimitée par une paroi inférieure, dont la demi-méridienne est un arc de cercle de 50 mm de rayon. L'extrémité basse de la partie inférieure 4b, c'està-dire celle qui est la plus voisine du fond lb de la coupelle 1, constitue un sommet 8 arrondi en forme de calotte sphérique, ce sommet 8 étant, hors contrainte, à une distance de 5,5 mm du fond lb de la coupelle 1. L'espace 6 constitue donc une couronne, dont la demi-section axiale a, hors contrainte, une forme de coin en angle aigu dans la zone de raccordement de la collerette 5 avec l'anneau torique 3. Le fond de cet angle aigu est arrondi selon un congé de raccordement de 1,25 mm de rayon, l'angle de la paroi inférieure de la partie 4b avec la face interne 3b étant, au raccordement avec le congé, d'environ 30". L'angle de la face externe de la collerette 5 avec la paroi externe de la partie supérieure 4a est, hors contrainte, d'environ 72". La demi-méridienne de la paroi externe de la partie supérieure 4a est un arc de cercle de 51 mm. Hors contrainte, le diamètre, hors tout, de la butée est de 56 mm et sa hauteur au-dessus du fond lb est de 60 mm. Le caoutchouc utilisé a une dureté Shore A d'environ 80. Lorsque l'on soumet la butée, qui vient d'être décrite, à un effort axial de compression s' exerçant entre le fond lb et le sommet 7 de la butée, on constate, tout d'abord, un déplacement du noyau 4 par rapport à l'anneau torique 3, l'angle de la zone en forme de coin de l'espace libre 6 se refermant progressivement. Le sommet 8 vient ainsi en contact avec le fond lb et à partir de ce moment, on constate que les faces internes de la collerette et de l'anneau torique sont venues sensiblement au contact dans leur zone de raccordement et qu'il se produit un écrasement de la partie supérieure 4a de forme ogivale. Lorsque la déformation se poursuit, l'espace libre 6 se réduit progressivement par écrasement de la partie inférieure 4b sur le fond lb de la coupelle et, à la fin de la compression autorisée, l'espace libre 6 a pratiquement disparu et le sommet 7 est arrivé au niveau du raccordement entre la collerette 5 et l'anneau torique 3, le diamètre hors tout de la butée ayant très légèrement augmenté au-dessus des bords la de la coupelle 1. Toutes ces étapes sont représentées sur les figures 3A à 3F. On constate que la butée, qui avait une hauteur initiale de 60 mm, a, en stade final de compression, une hauteur résiduelle de 22 mm, de sorte que le taux de réduction de la longueur d'une telle butée est d'environ deux tiers par rapport à sa longueur initiale. En outre, en se référant à la figure 4, on voit que la courbe de compression obtenue est extrêmement satisfaisante. En effet, jusqu'à environ une réduction de longueur al de 15 mm, la relation entre la force appliquée F et la variation de longueur al est sensiblement linéaire, une forte variation de al n'entraînant qu'une très faible variation de F en raison de la pente de la courbe au voisinage de l'origine ; ceci veut dire que, pour les 15 premiers millimètres de compression de la butée, la force de réaction exercée par la butée reste faible : dans le cas d'une suspension de véhicule automobile, cela veut dire que l'utilisateur ne ressentira pas de choc violent lorsque le bras de suspension entraînera une faible compression de la butée. En revanche, la courbe de la figure 4 montre que, plus on se déplace vers la compression maximum, plus une variation donnée al correspond à une grande variation de F ; ceci veut dire qu'au fur et à mesure de la compression de la butée, la réaction exercée par celle-ci devient de plus en plus forte, la réaction maximum étant celle qui correspond à la compression maximum tolérée pour la butée ; en d'autres termes, plus on arrive au voisinage de la limite de débattement imposée pour le bras mobile de suspension, plus l'effort de réaction de la butée est important. Cette progressivité est notamment due au fait que la déformation est initialement obtenue par simple translation du noyau 4 par rapport à l'anneau torique 3, puis par déformation des extrémités du noyau 4 ; après quoi, la réaction de la butée pour une réduction ultérieure de sa longueur est considéralement plus importante puisqu'il faut déformer le caoutchouc pour l'amener à remplir l'espace 6 initialement libre en écrasant l'ogive 4a. La butée selon l'invention permet, avantageusement, de remplacer des butées en polyuréthanne expansé en ayant la même progressivité d'action, le même taux de réduction de longueur, mais en ayant un prix de revient nettement plus réduit. REVENDICATIONS 1 - Butée en caoutchouc destinée à être disposée entre un élément fixe et un élément mobile à une fin de course de ce dernier, ladite butée ayant un corps (2) en caoutchouc de révolution, délimité d'un côté par une base associée à une embase de fixation et, de l'autre, par une extrémité d'impact (7), I'embase étant susceptible d'être solidarisée de l'un des deux éléments précités, alors que l'extrémité d'impact (7) peut venir en contact avec l'autre élément pour amortir élastiquement la fin de course de l'élément mobile, une partie du corps ayant extérieurement une forme ogivale, dont la pointe (7) constitue l'extrémité d'impact de la butée, caractérisée par le fait que - l'embase (1) est réalisée en un matériau rigide, ladite embase comportant un fond (lb) entouré par un bord relevé (la), ledit bord (la) enserrant extérieurement la base de la butée, ladite base étant constituée par un anneau torique (3); et - le corps de la butée comporte axialement un noyau (4) allongé, relié périphériquement à l'anneau torique (3) précité par une collerette (5), dont la face externe est, en se repérant sur l'axe de la butée, à un niveau (D) compris entre les deux extrémités (7, 8) du noyau, définissant ainsi une partie supérieure (4a) et une partie inférieure (4 du noyau (4), la paroi externe de la partie supérieure (4a) du noyau (4) constituant la forme ogivale extérieure du corps et la partie inférieure (4b) du noyau (4) étant délimitée par une paroi inférieure ayant un sommet (8) qui, hors contrainte, est espacé du fond (1~) de l'embase (1) et se raccorde de façon continue à la face interne de la collerette (5) faisant vis-à-vis à l'embase (1), un espace libre (6) étant ménagé entre ladite paroi inférieure du noyau (4) et la face interne de l'anneau torique (3) constituant la base. 2 - Butée selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'embase est une coupelle métallique (1). 3 - Butée selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que, hors contrainte, l'espace libre (6) défini entre le corps (2) et l'embase (1) est une couronne, dont la demi-section axiale a une forme de coin en angle aigu dans la zone de raccordement de la collerette (5) avec l'anneau torique (3). 4 - Butée selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que l'épaisseur de la collerette (5) est sensiblement constante et égale à celle de l'anneau torique (3) dans la zone où ils se rejoignent. 5 - Butée selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que la face externe de la collerette (5) forme avec la paroi supérieure du noyau (4) un angle de raccordement compris entre 45 et 9oxo. 6 - Butée selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que la demi-méridienne de la paroi inférieure du noyau (4) et de la face interne de la collerette (5) est un arc de cercle, dont le centre est du côté du plan du fond (lob) de l'embase (1), où ne se trouve pas le corps de la butée. 7 - Butée selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que la demi-méridienne de la face interne (3b) de l'anneau torique (3) est un arc de cercle. 8 - Butée selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que le fond du coin formé, en section axiale, par les demiméridiennes sensiblement sécantes de la paroi inférieure du noyau (4) et de la face interne (3b) de l'anneau torique (3), est arrondi selon un congé de raccordement. 9 - Butée selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que l'épaisseur, mesurée radialement, de l'anneau torique (3) augmente en direction du fond (1k) de l'embase (1). 10 - Butée selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée par le fait que la face externe (3a) de l'anneau torique (3) définit une gorge d'encliquetage pour le bord (la) de l'embase (1). 11 - Butée selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée par le fait que les sommets (7, 8) des parois inférieure et supérieure du noyau (4) sont arrondis pour constituer sensiblement une calotte sphérique. 12 - Butée selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée par le fait que le noyau (4) est plein et la demi-méridienne de la paroi externe de la partie supérieure (4a) dudit noyau (4) est un arc de cercle.