Brevet FR2786838A1 — publié le 20000609

Butée en élastomère. La présente invention est relative aux butées en élastomère, notamment pour amortisseurs de véhicules. Plus particulièrement, l'invention concerne une butée souple réalisée d'une seule pièce en un matériau élastomère sensiblement incompressible (c'est-à-dire un matériau souple qui se déforme à volume constant) et pré- sentant une forme allongée selon un axe central, cette butée étant destinée à être interposée entre deux éléments rigides pour travailler en compression afin de limiter des mouvements de rapprochement relatif entre les deux élé- ments rigides selon ledit axe central, ladite butée étant percée d'un puits central cylindrique (de révolution ou non) qui s'étend selon ledit axe central en délimitant une paroi latérale annulaire et qui est destiné à recevoir une tige de guidage. De telles butées ont par exemple été présentées par PHILIPPE COURTOIS au congrès international de la SO- CIETE DES INGENIEURS DE L'AUTOMOBILE, tenu les 9 et 10 avril 1997 à l'ECOLE CENTRALE DE LYON. Ces butées sont réalisées en caoutchouc, qui pré- sente l'avantage d'être moins coûteux que le polyuréthane cellulaire qui pourtant est couramment utilisé dans les butées d'amortisseurs de véhicules du fait de son carac- tère hautement compressible. Toutefois, le caoutchouc présente l'inconvénient d'être un matériau incompressible, c'est-à-dire qui se dé- forme à volume constant: il n'est donc pas possible de réaliser les butées en caoutchouc sous la forme de blocs pleins, au contraire du polyuréthane cellulaire, sinon la compression axiale d'ensemble de la butée en caoutchouc se traduirait par un gonflement radial qui ferait interférer la butée avec la tige de guidage ou avec d'autres éléments entourant la butée. Pour éviter une dilatation radiale excessive des butées lors de leur compression axiale, les butées en caoutchouc de l'art antérieur présentent donc des formes axisymétriques complexes, de façon à ménager des soufflets ou similaires capables d'absorber la compression axiale d'ensemble de ces butées. Mais du fait des contre- dépouilles qu'elles impliquent, ces formes nécessitent des moules complexes et un processus de moulage délicat à met- tre en oeuvre, ce qui conduit à un prix de revient élevé des butées ainsi réalisées. La présente invention a notamment pour but de pal- lier ces inconvénients. A cet effet, selon l'invention, une butée du genre en question est essentiellement caractérisée en ce que la- dite paroi latérale présente une structure en forme de treillis comportant des montants inclinés en élastomère, séparés les uns des autres par des alvéoles qui présentent des formes mutuellement complémentaires et qui débouchent latéralement vers l'extérieur, au moins certaines de ces alvéoles s'étendant selon un premier axe transversal qui est perpendiculaire à l'axe central, et d'autres de ces alvéoles s'étendant selon un deuxième axe transversal qui est perpendiculaire à l'axe central et au premier axe transversal, chacune de ces alvéoles présentant une sec- tion constante ou croissante vers l'extérieur selon au moins un plan de section choisi dans le groupe compre- nant: - un premier plan perpendiculaire au premier axe transversal, - et un deuxième plan perpendiculaire au deuxième axe transversal. Grâce à ces dispositions, la butée peut être réa- lisée en un matériau élastomère classique et relativement peu coûteux, dans un moule classique à plan de joint doté de broches coulissantes perpendiculaires au plan de joint. Par ailleurs, la butée selon l'invention présente une grande déformabilité axiale dans le sens de la com- pression (par exemple, environ 70% de compression axiale d'ensemble), ce qui permet d'assurer un arrêt très pro- gressif des mouvements de rapprochement relatif des pre- mier et deuxième éléments rigides. Enfin, les alvéoles de la butée selon l'invention permettent d'absorber la compression d'ensemble de la bu- tée en limitant sa dilatation radiale. Dans des modes de réalisation préférés de l'inven- tion, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - la butée est réalisée en un matériau à base de caoutchouc naturel; - la butée présente une forme symétrique par rap- port à un plan qui comprend l'axe central et le premier axe transversal, et par rapport à un plan qui comprend l'axe central et le deuxième axe transversal; - la structure en forme de treillis comporte au moins un étage le long de l'axe central, cet étage compre- nant: quatre alvéoles principales qui débouchent latéra- lement vers l'extérieur, comprenant d'une part, deux pre- mières alvéoles principales diamétralement opposées par rapport à l'axe central, qui s'étendent vers le puits cen- tral parallèlement au premier axe transversal, et d'autre part, deux deuxièmes alvéoles principales diamétralement opposées par rapport à l'axe central, qui s'étendent vers le puits central parallèlement au deuxième axe transver- sal, chaque alvéole principale présentant une largeur croissante dans un premier sens axial parallèle à l'axe central depuis un sommet jusqu'à une base élargie, cette largeur étant mesurée perpendiculairement à l'axe central et perpendiculairement à l'axe transversal selon lequel s'étend ladite alvéole principale, les sommets des quatre alvéoles principales étant disposés sensiblement dans un même plan perpendiculaire à l'axe central et les bases élargies desdites alvéoles principales étant également disposés sensiblement dans un même plan perpendiculaire à l'axe central, et quatre alvéoles complémentaires intercalées an- gulairement entre les alvéoles principales et débouchant latéralement vers l'extérieur, chaque alvéole complémen- taire présentant une section radiale croissante dans un deuxième sens axial opposé audit premier sens axial, entre d'une part, un sommet qui est voisin du plan contenant les bases élargies des alvéoles principales, et d'autre part, une base élargie qui est voisine du plan contenant les sommets des alvéoles principales, ladite section radiale étant mesurée dans un plan perpendiculaire à l'axe central de la butée, chaque alvéole principale étant ainsi séparée des deux al- véoles complémentaires adjacentes par deux montants d'élastomère qui convergent l'un vers l'autre dans le pre- mier sens axial et chaque alvéole complémentaire étant sé- parée des première et deuxième alvéoles principales adja- centes par deux montants d'élastomère qui convergent l'un vers l'autre dans le deuxième sens axial; - la structure en forme de treillis comporte plu- sieurs étages superposés le long de l'axe central, les premières alvéoles principales étant toutes alignées selon un plan qui comprend l'axe central et le premier axe transversal, les deuxièmes alvéoles principales étant tou- tes alignées selon un plan qui comprend l'axe central et le deuxième axe transversal, et les alvéoles complémentai- res étant également alignées en formant quatre rangées pa- rallèles à l'axe central; - les alvéoles principales traversent la paroi latérale de la butée pour déboucher dans le puits cen- tral; - les alvéoles complémentaires s'étendent vers le puits central sans déboucher dans ce puits; - les alvéoles principales sont toutes identiques entre elles et les alvéoles complémentaires sont également toutes identiques entre elles; - la section de chaque alvéole principale est constante de l'extérieur vers l'intérieur, les deux pre- mières alvéoles principales de chaque étage étant dispo- sées en correspondance mutuelle et les deux deuxièmes al- véoles principales de chaque étage étant également dispo- sées en correspondance mutuelle; - la structure en forme de treillis de la butée S présente quatre faces externes perpendiculaires deux à deux et séparées les unes des autres par quatre arêtes, deux de ces faces étant parallèles à l'axe central et au premier axe transversal, et les deux autres faces étant parallèles à l'axe central et au deuxième axe transversal, les alvéoles principales étant formées sensiblement au mi- lieu de chaque face et les alvéoles complémentaires étant formées au niveau des arêtes, chaque alvéole complémen- taire présentant une section croissante vers l'extérieur selon un plan perpendiculaire au premier axe transversal, et une section croissante vers l'extérieur selon un plan perpendiculaire au deuxième axe transversal; la section de chaque alvéole complémentaire au niveau d'une des faces perpendiculaires au premier axe transversal correspond à une moitié de la section de la première alvéole principale adjacente, et la section de chaque alvéole complémentaire au niveau d'une des faces perpendiculaires au deuxième axe transversal correspond à une moitié de la section de la deuxième alvéole principale adjacente; - les deux montants d'élastomère qui délimitent latéralement chaque alvéole principale se raccordent par des congés à une embase en élastomère qui délimite axiale- ment ladite alvéole principale au niveau de sa base élar- gie, et les deux montants d'élastomère qui délimitent la- téralement chaque alvéole complémentaire se raccordent par des congés à une embase en élastomère qui délimite axiale- ment ladite alvéole complémentaire au niveau de sa base élargie; - la paroi latérale présente un volume de vides au moins égal à environ 50%. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exem- ple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins: - la figure 1 est une vue en coupe axiale et en perspective d'une butée selon une forme de réalisation de l'invention, au repos, la coupe étant prise selon un plan qui contient deux arrêtes diamétralement opposées de la butée, - la figure 2 est une vue en perspective de la butée de la figure 1, au repos, - la figure 3 est une vue de côté de la butée des figures 1 et 2, au repos, - la figure 4 est une vue similaire à la figure 3, dans la position de compression axiale maximale de la butée, - et la figure 5 est un graphe montrant l'effort axial de réaction de la butée des figures 1 à 4 en fonc- tion de sa compression axiale d'ensemble. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Les figures 1 à 3 représentent une butée en élas- tomère 1, qui est réalisée en un matériau élastomère sen- siblement incompressible (c'est-à-dire un matériau souple qui se déforme à volume sensiblement constant), et notam- ment en un matériau à base de caoutchouc naturel. Cette butée 1 est plus particulièrement destinée à servir de butée de fin de course pour un amortisseur de véhicule, c'est à dire pour limiter les mouvements de rap- prochement relatif entre deux éléments rigides 2, 3 qui peuvent par exemple être solidaires l'un du corps de l'amortisseur et l'autre de la caisse du véhicule. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, ces deux éléments rigides 2, 3 se présentent respectivement sous la forme d'un disque qui est percé d'un trou central 4 et d'une coupelle également percée d'un trou central 5. La butée 1 s'étend longitudinalement selon un axe central Z correspondant à la direction de déplacement re- latif des éléments rigides 2, 3. De plus, la butée 1 est percée longitudinalement d'un puits central 6 qui est cen- tré sur l'axe central Z et qui présente une forme cylin- drique de révolution autour de cet axe (en dehors des zo- nes de jonction entre le puits 6 et les alvéoles qui se- ront décrites ci-après). Ce puits est destiné à recevoir avec jeu la tige 7 de l'amortisseur, laquelle tige traverse également les trous centraux 4, 5 du disque 2 et de la coupelle 3. Le puits central 6 délimite une paroi annulaire 8 qui présente une structure en forme de treillis triangulé, formée par des montants inclinés 9 en élastomère reliés par des embases radiales 10 en élastomère. Cette structure en forme de treillis s'étend axia- lement entre deux flasques d'extrémité radiaux 11, 12 en forme de disques, et elle est constituée par plusieurs étages 13 superposés le long de l'axe central Z. Les différents étages 13 sont séparés les uns des autres par les embases radiales 10 susmentionnées, et cha- cun de ces étages comporte des alvéoles 14, 15, 16 qui sont ménagées dans la paroi latérale 8 de façon à séparer les uns des autres les montants 9 de la structure en forme de treillis. Ces alvéoles 14, 15, 16 présentant des formes mu- tuellement complémentaires et débouchent toutes latérale- ment vers l'extérieur en présentant des formes adaptées pour permettre un moulage aisé de la butée 1 dans un moule à plan de joint doté de broches qui coulissent perpendicu- lairement au plan de joint. Plus particulièrement, dans l'exemple considéré ici, la paroi latérale 8 de la butée 1 présente une forme extérieure à section carrée, formant quatre faces 17 per- pendiculaires deux à deux et reliées deux à deux par qua- tre arêtes 18. De plus, chaque étage 13 de la structure en forme de treillis comporte: - quatre alvéoles principales 14, 15 toutes iden- tiques, disposées respectivement dans les plans médians des quatre faces 17, - et quatre alvéoles complémentaires 16 toutes identiques, disposées respectivement au niveau des arêtes 18. Lesquatre alvéoles principales 14, 15 compren- nent: - d'une part, deux premières alvéoles principales 14 diamétralement opposées par rapport à l'axe central Z et disposées en correspondance mutuelle, qui s'étendent vers le puits central 6 parallèlement à un premier axe transversal X perpendiculaire à l'axe Z et recoupant l'axe Z, - et d'autre part, deux deuxièmes alvéoles prin- cipales 15 diamétralement opposées par rapport à l'axe central Z et disposées en correspondance mutuelle, qui s'étendent vers le puits central 6 parallèlement à un deuxième axe transversal Y perpendiculaire aux axes Z et X et recoupant l'axe Z. Chaque alvéole principale 14, 15 débouche dans le puits central 6 et présente une section constante de l'ex- térieur vers l'intérieur, cette section étant mesurée se- lon un plan de section perpendiculaire à l'axe X, Y selon lequel s'étend ladite alvéole principale. Par ailleurs, chaque alvéole principale 14, 15 présente une largeur croissante dans un premier sens axial parallèle à l'axe central depuis un sommet 19 jusqu'à une base élargie 20, cette largeur étant mesurée perpendicu- lairement à l'axe central Z et perpendiculairement à l'axe transversal X, Y selon lequel s'étend ladite alvéole prin- cipale. Les sommets 19 des quatre alvéoles principales sont de préférence disposés sensiblement dans un même plan perpendiculaire à l'axe central et les bases élargies desdites alvéoles principales sont également de préférence disposés sensiblement dans un même plan perpendiculaire à l'axe central. Les quatre alvéoles complémentaires 16, quant à elles, ne débouchent pas dans le puits central, mais pré- sentent chacune une section radiale croissante dans un deuxième sens axial opposé audit premier sens axial, entre d'une part, un sommet 21 qui est voisin du plan contenant les bases élargies 20 des alvéoles principales 14, 15, et d'autre part, une base élargie 22 qui est voisine du plan contenant les sommets 19 des alvéoles principales, ladite section radiale étant mesurée dans un plan perpendiculaire à l'axe central Z de la butée. De plus, chaque alvéole complémentaire 16 présente une section croissante vers l'extérieur dans un plan per- pendiculaire à l'axe X aussi bien que dans un plan perpen- diculaire à l'axe Y. Chaque alvéole principale 14, 15 est ainsi séparée des deux alvéoles complémentaires 16 adjacentes par deux montants d'élastomère 9 qui convergent l'un vers l'autre dans le premier sens axial, chaque alvéole complémentaire 16 étant quant à elle séparée des première et deuxième al- véoles principales 14, 15 adjacentes par deux montants d'élastomère 9 qui convergent l'un vers l'autre dans le deuxième sens axial. De préférence, les montants d'élastomère 9 se rac- cordent par des congés arrondis 23 aux embases en élasto- mère 10 au niveau des bases élargies des alvéoles. Avantageusement, la section de chaque alvéole com- plémentaire 16 au niveau d'une des faces 17 de la butée correspond à une moitié de la section d'une alvéole prin- cipale. La butée 1 ainsi constituée présente une forme sy- métrique par rapport à un plan P qui comprend l'axe cen- tral Z et le premier axe transversal X, et par rapport à un plan Q qui comprend l'axe central X et le deuxième axe transversal Y. Comme représenté sur la figure 4, la butée 1 peut subir une compression axiale d'ensemble importante, pou- vant aller par exemple jusqu'à environ 70% de sa longueur au repos. Cette compression axiale d'ensemble est obtenue sans dilatation radiale excessive de la butée, puisque dans la position de compression axiale maximale représen- tée sur la figure 4, la paroi latérale 8 de la butée dé- borde à peine des flasques d'extrémité 11, 12 dans la di- rection radiale. Ce résultat est obtenu grâce à la structure en forme de treillis de la paroi 8 et à la disposition des alvéoles 14, 15, 16, qui se referment progressivement au cours de la compression de la butée en absorbant ainsi le raccourcissement de ladite butée. Pour que cette absorption soit efficace, la paroi latérale annulaire 8 de la butée peut présenter par exem- ple un volume de vides (volume intérieur des alvéoles 14, , 16) au moins égal à environ 50%. La butée 1 permet d'arrêter les mouvements de rap- prochement relatif entre les deux éléments rigides 2, 3 de façon très douce et progressive, comme on peut le voir sur la figure 5, puisque l'effort axial de réaction de la bu- tée croît tout d'abord avec une pente très douce au début de la compression axiale, pour augmenter progressivement jusqu'à des valeurs élevées vers la position de compres- sion axiale maximale. REVENDICATIONS 1. Butée souple réalisée d'une seule pièce en un matériau élastomère sensiblement incompressible et présen- tant une forme allongée selon un axe central (Z), cette butée étant destinée à être interposée entre deux éléments rigides (2, 3) pour travailler en compression afin de li- miter des mouvements de rapprochement relatif entre les deux éléments rigides selon ledit axe central (Z), ladite butée étant percée d'un puits central cylindrique (6) qui s'étend selon ledit axe central en délimitant une paroi latérale annulaire (8) et qui est destiné à recevoir une tige de guidage (7), caractérisée en ce que ladite paroi latérale présente une structure en forme de treillis comportant des montants in- clinés (9) en élastomère, séparés les uns des autres par des alvéoles (14, 15, 16) qui présentent des formes mu- tuellement complémentaires et qui débouchent latéralement vers l'extérieur, au moins certaines (14) de ces alvéoles s'étendant selon un premier axe transversal (X) qui est perpendiculaire à l'axe central (Z), et d'autres (15) de ces alvéoles s'étendant selon un deuxième axe transversal (Y) qui est perpendiculaire à l'axe central (Z) et au pre- mier axe transversal (X), chacune de ces alvéoles présen- tant une section constante ou croissante vers l'extérieur selon au moins un plan de section choisi dans le groupe comprenant: - un premier plan perpendiculaire au premier axe transversal (X), - et un deuxième plan perpendiculaire au deuxième axe transversal (Y). 2. Butée selon la revendication 1, réalisée en un matériau à base de caoutchouc naturel. S 3. Butée selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, présentant une forme symétrique par rapport à un plan (P) qui comprend l'axe central (Z) et le premier axe transversal (X), et par rapport à un plan (Q) qui comprend l'axe central (Z) et le deuxième axe transversal (Y). 4. Butée selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la structure en forme de treillis comporte au moins un étage (13) le long de l'axe central (Z), cet étage comprenant: - quatre alvéoles principales (14, 15) qui débou- chent latéralement vers l'extérieur, comprenant d'une part, deux premières alvéoles principales (14) diamétrale- ment opposées par rapport à l'axe central (Z), qui s'éten- dent vers le puits central (6) parallèlement au premier axe transversal (X), et d'autre part, deux deuxièmes al- véoles principales (15) diamétralement opposées par rap- port à l'axe central (Z), qui s'étendent vers le puits central (6) parallèlement au deuxième axe transversal (Y), chaque alvéole principale (14, 15) présentant une largeur croissante dans un premier sens axial parallèle à l'axe central (Z) depuis un sommet (19) jusqu'à une base élargie (20), cette largeur étant mesurée perpendiculairement à l'axe central (Z) et perpendiculairement à l'axe transver- sal (X, Y) selon lequel s'étend ladite alvéole principale, les sommets (19) des quatre alvéoles principales étant disposés sensiblement dans un même plan perpendiculaire à l'axe central et les bases élargies (20) desdites alvéoles principales étant également disposés sensiblement dans un même plan perpendiculaire à l'axe central, - et quatre alvéoles complémentaires (16) inter- calées angulairement entre les alvéoles principales et dé- bouchant latéralement vers l'extérieur, chaque alvéole complémentaire présentant une section radiale croissante dans un deuxième sens axial opposé audit premier sens axial, entre d'une part, un sommet (21) qui est voisin du plan contenant les bases élargies (20) des alvéoles prin- cipales (14, 15), et d'autre part, une base élargie (22) qui est voisine du plan contenant les sommets (19) des al- véoles principales, ladite section radiale étant mesurée dans un plan perpendiculaire à l'axe central (Z) de la bu- tée, chaque alvéole principale (14, 15) étant ainsi séparée des deux alvéoles complémentaires (16) adjacentes par deux montants d'élastomère (9) qui convergent l'un vers l'autre dans le premier sens axial et chaque alvéole complémen- taire (16) étant séparée des première et deuxième alvéoles principales (14, 15) adjacentes par deux montants d'élas- tomère (9) qui convergent l'un vers l'autre dans le deuxième sens axial. 5. Butée selon la revendication 4, dans laquelle la structure en forme de treillis comporte plusieurs éta- ges (13) superposés le long de l'axe central (Z), les pre- mières alvéoles principales (14) étant toutes alignées se- lon un plan (P) qui comprend l'axe central et le premier axe transversal, les deuxièmes alvéoles principales (15) étant toutes alignées selon un plan (Q) qui comprend l'axe central et le deuxième axe transversal, et les alvéoles complémentaires (16) étant également alignées en formant quatre rangées parallèles à l'axe central (Z). 6. Butée selon la revendication 4 ou la revendica- tion 5, dans laquelle les alvéoles principales (14, 15) traversent la paroi latérale (8) de la butée pour débou- cher dans le puits central (6). 7. Butée selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans laquelle les alvéoles complémentaires s'éten- dent vers le puits central (6) sans déboucher dans ce puits. 8. Butée selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans laquelle les alvéoles principales (14, 15) sont toutes identiques entre elles et les alvéoles complé- mentaires (16) sont également toutes identiques entre el- les. 9. Butée selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, dans laquelle la section de chaque alvéole princi- pale (14, L5) est constante de l'extérieur vers l'inté- rieur, les deux premières alvéoles principales (14) de chaque étage étant disposées en correspondance mutuelle et les deux deuxièmes alvéoles principales (15) de chaque étage étant également disposées en correspondance mu- tuelle. 10. Butée selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 9, dans laquelle la structure en forme de treillis de la butée présente quatre faces externes (17) perpendiculaires deux à deux et séparées les unes des au- tres par quatre arêtes (18), deux de ces faces étant pa- rallèles à l'axe central (Z) et au premier axe transversal (X), et les deux autres faces étant parallèles à l'axe central (Z) et au deuxième axe transversal (Y), les alvéo- les principales (14, 15) étant formées sensiblement au mi- lieu de chaque face (17) et les alvéoles complémentaires (16) étant formées au niveau des arêtes (18), chaque al- véole complémentaire présentant une section croissante vers l'extérieur selon un plan perpendiculaire au premier axe transversal (X), et une section croissante vers l'ex- térieur selon un plan perpendiculaire au deuxième axe transversal (Y). 11. Butée selon la revendication 10, dans laquelle la section de chaque alvéole complémentaire (16) au niveau d'une des faces (17) perpendiculaires au premier axe transversal (X) correspond à une moitié de la section de la première alvéole principale (14) adjacente, et la sec- tion de chaque alvéole complémentaire (16) au niveau d'une des faces (17) perpendiculaires au deuxième axe transver- sal (Y) correspond à une moitié de la section de la deuxième alvéole principale (15) adjacente. 12. Butée selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 11, dans laquelle les deux montants d'élastomère (9) qui délimitent latéralement chaque alvéole principale (14, 15) se raccordent par des congés (23) à une embase en élastomère (10) qui délimite axialement ladite alvéole principale au niveau de sa base élargie (20), et les deux montants d'élastomère (9) qui délimitent latéralement cha- que alvéole complémentaire (16) se raccordent par des con- gés (23) à une embase en élastomère (9) qui délimite axia- lement ladite alvéole complémentaire au niveau de sa base élargie (22). 13. Butée selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, dans laquelle la paroi latérale (8) présente un volume de vides au moins égal à environ 50%.