Brevet FR2805868A1 — publié le 20010907

La présente invention concerne un organe élastique, du type ressort à compression, notamment utilisable dans l'industrie automobile. Plus précisément, l'invention concerne un organe élastique comprenant une pluralité de poutres dont chacune est supportée par deux appuis espacés l'un de l'autre suivant une direction longitudinale, et travaille en flexion entre ses deux appuis sous l'effet d'une force appliquée transversalement à la direction longitudinale et transmise à cette poutre par un élément de transmission de force, intermédiaire entre ses appuis. De tels organes élastiques ont beaucoup été utilisés dans l'industrie automobile sous le nom de "ressorts à lames de flexion" pour équiper les suspensions de véhicules légers ou poids lourds, ces ressorts prenant le plus souvent la forme d'un empilement de lames parallèles maintenues serrées ensemble par leur milieu, et de longueur croissante. Cependant, non seulement ces ressorts très encombrants sont pratiquement dédiés à cette application spécifique, mais ils sont même, dans leur application privilégiée, de plus en plus remplacés par des ressorts hélicoïdaux, ces derniers étant appréciés notamment pour leur compacite, et faisant di . leurs l'objet d'innombrables applications dans tous les secteurs de la mécanique. Dans ce contexte, l'un des mérites de l'invention a justement consisté à reconnaître que ressorts ' icoldaux, en dépit de leur succès universel présentaient des limitations, notamment en terme de raideur par rapport à leur poids, et en terme de fréquence fondamentale de résonance, qu'il était possible de repousser. L'invention a donc pour but de proposer un nouveau type de ressort, notamment utilisable en lieu et place d'un ressort hélicoïdal, mais de performances supérieures. A cette fin, le ressort de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que les poutres sont agencées par paires pour former un empilement de cellules déformables élémentaires qui s'étend suivant une dimension axiale, transversale à la direction longitudinale, les poutres d'une même paire formant une même cellule partageant les mêmes appuis et étant espacées l'une l'autre par ces appuis, et l'empilement comprenant au moins un élément de transmission de force commun à deux cellules espacées l'une de l'autre suivant la dimension axiale, et reliant première et seconde poutres respectives de ces deux cellules. Dans mode de réalisation privilégié de l'invention, les cellules déformables élémentaires sont arrangées quinconce pour former un réseau bidimensionnel de cellules dans lequel chaque cellule présente au moins une poutre partagée deux autres cellules adjacentes, et dans lequel chacun des appuis des poutres d'une même cellule constitue élément transmission de force pour une poutre d'au moins une autre cellule. Ce réseau bidimensionnel peut ainsi former un tube dont les deux extrémités axiales sont espacées l'une de l'autre suivant dimension axiale, ce tube adoptant par exemple forme d'un câne ou d'un cylindre de section transversale circulaire, elliptique, ou absolument quelconque, et qui peut être aussi bien constante qu'évolutive suivant la dimension axiale. Ainsi, alors que les ressorts hélicoïdaux sont constitués d'un fil unique enroulé en spires cylindriques travaillant essentiellement en torsion, les cellules déformables qui constituent le ressort de l'invention travaillent essentiellement en flexion. Dans un mode de réalisation bien adapté aux exigences industrielles, les poutres, les appuis et les éléments de transmission de force sont réalisés par évidage d'une couche d'un matériau homogène. Bien qu'il soit possible de modifier les caractéristiques du ressort de l'invention en choisissant point de connexion de chaque élément de transmission de force sur une poutre, le ressort de l'invention peut, pour plupart des applications, être conçu de manière que chaque elément de transmission de force soit disposé au ieu d'une poutre. Pour assurer une répartition homogène de f orce de compression appliquée à un ressort tubulaire conforme à ,invention, le tube constituant ce ressort peut etre bordé, l'une au moins de ses deux extrémités axiales, par un anneau, de préférence plus large et plus rigide chacune des poutres. Le ressort de l'invention peut a priori être realisé en tout matériau présentant des propriétés élastiques appropriées, notamment en acier ou dans un polymère qu'un polyamide 6-6. Le ressort de l'invention peut également prendre les tailles les plus diverses, et peut par exemple être dimensionné pour constituer un ressort de rappel d'une soupape de moteur thermique ou être dimensionné pour constituer un ressort de suspension d'un véhicule à moteur. D'autres caractéristiques et avantages de invention ressortiront clairement de la description qui en est faite . après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - La figure 1 est une vue schématique un réseau elémentaire de poutres et d'appuis appartenant à un ressort conforme à l'invention; - La figure 2 est une vue schématique d'un réseau bidimensionnel de poutres et d'appuis appartenant à un ressort conforme à l'invention; - La figure 3 est une vue de côté d'une face visible 'un ressort tubulaire conforme à l'invention, représenté au repos; _ La figure 4 est une vue en perspective du ressort illustré à la figure 3; et - La figure 5 est une vue de côté d'une face visible d'un ressort tubulaire conforme à l'invention, représenté sous contrainte. Comme montre la figure 1, l'invention concerne un organe élastique, ou ressort, comprenant un ensemble de poutres telles que DAB, DFG, IFG et IKL. Chaque poutre est supportée par deux appuis tels que CD, DE, HI et IJ, qui sont espacés 1 1 un de 1 1 autre suivant une direction longitudinale M. Dans cette configuration, chaque poutre peut travailler en flexion entre ses deux appuis sous l'effet d'une force W qui est appliquée transversalement à la direction longitudinale 1 et qui est transmise à cette poutre par un élément de transmission de force tel que AB, FG, FG et KL, intermédiaire entre les appuis CD, DE, HI et IJ de cette poutre. Selon l'invention, les poutres telles que DAB, DFG, IFG et IKL sont agencées par paires, telles que DAB et DFG d'une part, IFG et IKL d'autre part, pour former un empilement de cellules déformables élémentaires telles que D, I qui s'étend suivant une dimension axiale X2, transversale à la direction longitudinale Dans l'acception que la présente description donne au mot "transversal", une seconde direction est considérée comme transversale à une première direction dès lors qu'elle n'est pas parallèle à cette première direction, étant toutefois entendu que cette seconde direction fait de préférence, avec la première direction, un angle au moins voisin d'un angle droit. Selon l'invention, par ailleurs, les poutres d'une même paire de poutres, telles que DAB et DFG, forment une même cellule, en l'occurrence la cellule D, partagent les mêmes appuis tels que CD et DE, et sont espacées l'une de l'autre par ces appuis. Enfin, cet empilement comprend au moins un élément de transmission de force, tel que FG, qui est commun à deux cellules espacées l'une de l'autre suivant la dimension axiale X2, telles que les cellules D, I, et qui relie des poutres respectives de ces deux cellules, en l'occurrence les poutres DFG et IFG. Néanmoins, pour développer l'essentiel de ses avantages, le ressort de l'invention présente de préférence la structure plus complexe illustrée à la figure 2. Dans une telle structure, les cellules deformables élémentaires, en l'occurrence notées de A à G, sont arrangées en quinconce pour former un réseau bidimensionnel de cellules. Chaque cellule de ce réseau, tel que la lule D, présente au moins une poutre, telle que la poutre DFG, qui est partagée par deux autres cellules adjacentes, en l'occurrence par les cellules F et G. Par ailleurs, chacun des appuis des poutres d'une même cellule, par exemple chacun des appuis CD et DE des poutres DAB et DFG de la cellule D, constitue un élément de transmission de force pour une poutre d'au moins une autre cellule, en l'occurrence pour les poutres inférieures (sur la figure 2) des cellules A et B, et pour les poutres supérieures des cellules F et G. Dans la plupart des applications qui peuvent être envisagées pour le ressort de l'invention, le réseau bidimensionnel qui vient d'être décrit forme, comme le montrent les figures 3 à 5, un tube dont les deux extrémités axiales 11, 12 sont espacées l'une de l'autre suivant la dimension axiale X2. Ce tube peut par exemple adopter la forme d'un cône ou d'un cylindre de section transversale circulaire, elliptique, ou absolument quelconque, cette section transversale pouvant elle-même aussi bien être constante qu'être évolutive suivant dimension axiale X2. Comme le montre le mieux la f igure 4, les poutres, les appuis et les éléments de transmission de force du ressort de l'invention sont de préférence réalisés par évidage d'une couche d'un matériau homogène, cet évidage pouvant lui-même etre réalisé pour tout moyen tel que moulage, usinage ou estampage. Le ressort de l'invention peut ainsi être réalisé dans des matériaux divers, notamment en acier ou dans un polymère tel qu'un polyamide 6-6. Bien que chaque élément de transmission de force puisse se raccorder à une poutre à distance du milieu de celle-ci pour augmenter la raideur du ressort, comme le montre la figure 2 la plupart des applications du ressort de l'invention autorisent à raccorder chaque élément de transmission de force au milieu de chaque poutre, comme le montrent figures 3 à 5. Lorsque le ressort de l'invention adopte la forme d un tube, il peut être opportun, pour améliorer la répartition sur l'ensemble des cellules de la force W appliquée à ce ressort, prévoir que l'une des extrémités axiales 11, 12 de ce ressort, ou les deux, soit bordée(s) par un anneau de largeur supérieure à chacune des poutres. Bien que cette possibilité n'ait pas été illustrée, cellules ressort peuvent elles-mêmes avoir des tailles des formes ou des épaisseurs différentes selon l'emplacement qu'elles occupent dans ce ressort, pour modifier localement la raideur ou plus généralement les caractéristiques de ce dernier. Le ressort de l'invention présente de nombreux avantages. En particulier, il peut remplacer un ressort hélicoïdal classique même raideur avec un poids substantiellement plus faible et par exemple cinq fois plus faible. Corrélativement, le ressort de l'invention présente une fréquence de résonance propre beaucoup plus élevée que celle d'un ressort hélicoïdal de même raideur, cette fréquence propre étant en effet proportionnelle au terme (K/M)#4, où K représente la raideur du ressort, et M sa masse. Compte tenu de la possibilité, dans le ressort de l'invention, de modifier aisément la taille, la forme, l'épaisseur radiale, et la densité des cellules, donc aussi l'épaisseur des poutres, un tel ressort peut être conçu pour opposer à la force de compression W une force de réaction relativement complexe et reproductible, ce qui est tres difficile à obtenir avec un ressort hélicoïdal. Par ailleurs, le ressort de l'invention, lorsqu' adopte la forme d'un tube, présente un comportement isotrope vis-à-vis d'une force de compression W, contrairement aux ressorts helicoïdaux classiques, qui ont tendance à se courber dans un sens ou dans un autre, selon la position angulaire la coupure de la spire à chacune des extrémites de ce ressort. L'ensemble de ces qualités confèrent au ressort l'invention la possibilité d'être utilisé dans un très grand nombre d'applications. En particulier, compte tenu de sa résonance propre élevée, ce ressort est particulièrement adapté à son utilisation en tant que ressort de rappel d'une soupape de moteur thermique, ou en tant que ressort de suspension d'un véhicule à moteur, chacune de ces applications n'exigeant qu'un dimensionnement spécifique de ce ressort. REVENDICATIONS. 1. Organe élastique comprenant une pluralite de poutres (DAB, DFG; IFG, IKL) dont chacune est supportée par deux appuis (CD, DE; HI, IJ) espacés l'un de l'autre suivant une direction longitudinale (Xi), et travaille en flexion entre ses deux appuis (CD, DE; HI, IJ) sous l'effet une force M appliquée transversalement à la direction longitudinale (Xi) et transmise à cette poutre (DAB, DFG; IFG, IKL) par un élément de transmission de force (AB, FG; FG, KL) , intermédiaire entre ses appuis (CD, DE; HI, IJ) , caractérisé en ce que les poutres (DAB, DFG; IFG, IKL) sont agencées par paires pour former un empilement de cellules déformables élémentaires (D, I) qui s'étend suivant une dimension axiale (X2), transversale à la direction longitudinale (Xi) , les poutres (DAB, DFG) d'une même paire formant une même cellule (D), partageant les mêmes appuis (CD, DE) et étant espacées l'une de l'autre par ces appuis, et l'empilement comprenant au moins un élément de transmission de force (FG) commun à deux cellules (D, I) espacées l'une de l'autre suivant la dimension axiale (X2), et reliant première et seconde poutres respectives (DFG, IFG) de ces deux cellules (D, I). 2. Organe élastique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les cellules déformables élémentaires (A, B, C, D E, F, G) sont arrangées en quinconce pour former un réseau bidimensionnel de cellules dans lequel chaque cellule (D) présente au moins une poutre (DFG) partagée par deux autres cellules adjacentes (F, G) et dans lequel chacun des appuis (CD, DE) des poutres (DAB, DFG) d'une même cellule (D) constitue un élément de transmission de force (CD; DE) pour une poutre d'au moins une autre cellule (A, F; B, G). 3. Organe élastique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le réseau bidimensionnel forme un tube dont les deux extrémités axiales (11, 12) sont espacées l'une de l'autre suivant la dimension axiale (X2). 4. organe élastique suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le réseau bidimensionnel a une forme cylindrique. 5. organe élastique suivant la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que le réseau bidimensionnel a une forme conique. 6. Organe élastique suivant l'une quelconque revendications précédentes, caractérisé en ce que poutres, les appuis et les éléments de transmission de force sont réalisés par évidage d'une couche d'un matériau homogène. . Organe élastique suivant l'une quelconque revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément de transmission de force (FG) est disposé au milieu d'une poutre (DFG, IFG). . organe élastique suivant l'une quelconque des revendications précédentes combinée à la revendication 3 caracterisé en ce que le tube est bordé, à l'une au moins ses deux extrémités axiales (il, 12), par un anneau (120). . Organe élastique suivant l'une quelconque revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est dimensionné pour constituer un ressort de rappel d'une soupape de moteur thermique. 10. Organe élastique suivant l'une quelconque revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est dimensionné pour constituer un ressort de suspension d'un véhicule a moteur. 11. Organe élastique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il réal' ' en acier. 12. Organe élastique suivant l'une quelconque revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est constitué par un polymère tel qu'un polyamide 6-6.