Brevet FR2815391A1 — publié le 20020419

La présente invention concerne un dispositif d'articulation élastique et son procédé de fabrication. Ce type de dispositif est destiné à assurer la liaison entre deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre. Il est utilisé notamment dans le domaine des transports et plus particulièrement dans les essieux roulants, les suspensions, les dispositifs anti- couple moteur d'une automobile, d'un camion ou de tout autre engin roulant, par exemple une locomotive ou un wagon de chemin de fer. Un tel dispositif peut également être utilisé dans le domaine des machines-outils, de l'aéronautique et des équipements mécaniques. De façon classique, un dispositif d'articulation élastique, tel que décrit par exemple dans le document FR-A-2 715 702, comprend une armature extérieure tubulaire entourant un noyau central tubulaire, coaxial, cette armature étant rendue solidaire de ce noyau par une masse de matière élastique, du type caoutchouc naturel ou matière élastomère. La fonction d'un tel dispositif est d'assurer la liaison et le filtrage des vibrations entre deux éléments vibrants, par exemple entre la caisse d'un véhicule et la roue. A cet effet, le noyau est traversé par une ouverture centrale axiale qui permet de le rendre solidaire de la caisse d'un véhicule, tandis que le manchon extérieur est relié au moyeu d'une des roues dudit véhicule. Le montage inverse est également possible. Un dispositif d'articulation élastique permet également de rattraper des défauts d'alignement géométrique de construction entre deux pièces. Le dispositif d'articulation élastique précité présente une raideur axiale et une raideur radiale. Dans la suite de la description et des revendications, le terme raideur axiale correspond à la grandeur de la déformation subie par la masse de caoutchouc ou d'élastomère sous l'action d'une contrainte s'exerçant selon l'axe longitudinal du noyau central, tandis que le terme raideur radiale correspond à la grandeur de la déformation subie par cette même masse, sous l'action d'une contrainte s'exerçant selon n'importe quelle direction perpendiculaire audit axe longitudinal. Plus la déformation est faible et plus le matériau est raide et donc plus l'articulation l'est également. Classiquement le rapport entre la raideur radiale et la raideur axiale est d'environ 10, c'est à dire que la raideur radiale est 10 fois plus élevée que la raideur axiale. Lorsque l'on souhaite augmenter fortement la raideur radiale par rapport à la raideur axiale, par exemple jusqu'à un ordre de 100, ou dissocier fortement ces deux raideurs, on introduit dans l'articulation élastique, une ou plusieurs armatures intermédiaires cylindriques, coaxiale (s) à l'armature extérieure et au noyau. Ces armatures intermédiaires-communément appelées feuilletage- sont noyées dans la masse d'élastomère. L'introduction d'une armature intermédiaire nécessite un rétreint de l'armature extérieure (c'est à dire une diminution de son diamètre extérieur) et un dudgeonne ou forçage du noyau central, (c'est à dire une augmentation de son diamètre intérieur), afin de compenser le retrait thermique de la masse d'élastomère au cours de la fabrication et d'assurer une précontrainte de cet élastomère. Cette opération est nécessaire pour améliorer la tenue en endurance de l'articulation. Toutefois, une telle opération complique le procédé de fabrication et augmente le temps de préparation, de montage et de fabrication de l'articulation et donc le prix de celle-ci. L'introduction d'une deuxième armature intermédiaire complique encore le procédé de fabrication, puisqu'il est nécessaire de fabriquer deux articulations élastiques qui seront moulées, puis rétreintes et dudgeonnées séparément, avant d'être emmanchées l'une dans l'autre, car il n'est pas possible de compenser le retrait de la masse d'élastomère située entre les deux armatures intermédiaires. L'invention a pour but de fournir un dispositif d'articulation élastique dont la raideur radiale est très supérieure à la raideur axiale, tout en évitant les inconvénients de l'art antérieur mentionnés ci-dessus. Ce but est atteint à l'aide d'un dispositif d'articulation élastique, destiné à permettre l'articulation de deux éléments l'un par rapport à l'autre, du type comprenant : - une armature extérieure tubulaire, apte à être emmanchée dans le premier élément ; - un noyau tubulaire central, apte à être relié au deuxième élément et monté coaxialement à l'intérieur de ladite armature ; - une masse de matière élastique reliant entre eux ladite armature extérieure et ledit noyau central, et - un insert intermédiaire de rigidification, entourant ledit noyau central et noyé dans ladite masse de matière élastique, Conformément à l'invention, cet insert de rigidification est constitué d'une bande enroulée en spirale, disposée autour dudit noyau central tubulaire. Ainsi, on limite le nombre de pièces de rigidification à une seule en réduisant ainsi toutes les contraintes associées (temps de préparation et de montage, coûts). Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques additionnelles avantageuses, mais non limitatives, de l'invention : - l'insert intermédiaire de rigidification et l'armature extérieure forment une seule bande continue enroulée en spirale, - l'armature extérieure est réalisée en métal ou en matériau thermoplastique, - l'insert de rigidification en spirale est réalisé en métal ou en matériau thermoplastique, - le noyau central est réalisé en métal, et - la matière élastique est du caoutchouc ou un matériau élastomère. L'invention concerne également un procédé de fabrication du dispositif d'articulation élastique précité. Ce procédé est remarquable en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - disposer coaxialement à l'intérieur d'un moule à injection, l'armature extérieure, l'insert de rigidification en spirale et le noyau central, la ou les deux extrémités libres dudit insert étant maintenues dans ledit moule par des broches de positionnement, fermer le moule, - injecter la masse de matière élastique à l'intérieur dudit moule afin de remplir l'espace entre les différentes pièces du dispositif d'articulation, - démouler le dispositif d'articulation élastique. Selon un certain nombre d'autres caractéristiques avantageuses, mais non limitatives, de l'invention, ce procédé comprend les étapes consistant à : - précontraindre l'insert de rigidification en spirale, avant d'injecter la masse de matière élastique dans le moule, - faire subir un procédé d'adhérisation à au moins l'une des faces parmi la face intérieure de l'armature extérieure, les deux faces opposées de l'insert de rigidification et la face extérieure du noyau central, avant d'injecter la masse de matière élastique dans le moule, - rétreindre l'armature extérieure ou dudgeonner le noyau central, après le démoulage du dispositif d'articulation élastique. Ce procédé permet d'éliminer toutes les difficultés concernant le retrait de la masse d'élastomère, puisque celle-ci ne se trouve plus comprise entre deux armatures intermédiaires concentriques. Par ailleurs, un tel procédé permet de n'effectuer qu'une seule opération de rétreint ou de dudgeonnage et non les deux comme dans l'art antérieur. De plus, dans le cas ou l'insert de rigidification et l'armature extérieure forment une seule bande continue enroulée en spirale, il n'est plus nécessaire d'effectuer le rétreint ou le dudgeonnage au moment de la fabrication ; c'est l'emmanchement de l'articulation dans l'alésage destiné à la recevoir qui provoque le rétreint. Enfin, dans le cas où l'armature extérieure est réalisée en matériau thermoplastique, c'est également l'emmanchement de l'articulation dans l'alésage destiné à la recevoir qui provoque le rétreint et il n'est plus nécessaire d'effectuer cette opération à la fin du procédé de fabrication de l'articulation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va en être faite, en faisant référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de côté (ou"en bout") d'une articulation élastique de l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue en perspective éclatée d'un premier mode de réalisation du dispositif d'articulation élastique selon l'invention, avant l'assemblage des pièces constitutives de celui-ci ; '-la figure 3 est une vue en perspective du dispositif selon la figure 2, une fois celui-ci assemblé ; - la figure 4 est une vue en coupe du dispositif d'articulation selon un plan transversal symbolisé par la ligne IV-IV sur la figure 3 ; - la figure 5 est une vue en perspective éclatée d'un second mode de réalisation du dispositif d'articulation élastique selon l'invention, avant l'assemblage des pièces constitutives de celui-ci ; et - la figure 6 est une vue de côté du dispositif selon la figure 5, une fois celui-ci assemblé. Sur les dessins, on a désigné par la référence X-X'l'axe longitudinal du dispositif d'articulation élastique. Sur la figure 1, on a représenté un dispositif d'articulation élastique selon l'art antérieur. Ce dispositif comprend une armature extérieure 1, un noyau central 2 et une masse de matière élastique 3. L'armature extérieure 1 présente une forme tubulaire allongée, d'axe X-X', dont la section en coupe est circulaire. Elle est destinée à être emmanchée dans l'alésage d'un premier élément à isoler des vibrations. Le noyau central 2 est constitué d'un tube, monté coaxialement à l'intérieur de l'armature extérieure 1. Il est destiné à être relié au deuxième élément à isoler des vibrations, par exemple au moyen d'une chape. La masse de matière élastique 3, du type caoutchouc ou matériau élastomère, relie entre elles les deux pièces précitées et assure l'articulation et le filtrage des vibrations. Afin d'augmenter la raideur radiale de cette articulation et comme expliqué précédemment, cette articulation est feuilletée, c'est à dire qu'elle comprend un insert intermédiaire de rigidification 4. Ce dernier est un tube monté coaxialement à l'intérieur de l'armature extérieure 1, et noyé dans la masse de matière élastique 3. Sur les figures 2 à 6 illustrant le dispositif d'articulation élastique selon l'invention, on a conservé les même références numériques que sur la figure 1 pour désigner les éléments communs aux deux dispositifs d'articulation. La figure 2 est une vue en perspective éclatée de l'armature extérieure 1, du noyau central 2 et de l'insert de rigidification selon l'invention, référencé 5. L'armature extérieure 1 présente une face intérieure et une face extérieure, référencées respectivement 10 et 11, tandis que le noyau central 2 présente une face intérieure et une face extérieure, référencées respectivement 20 et 21. La face intérieure 20 délimite un orifice central 22 du noyau. L'armature extérieure 1 est réalisée en matériau thermoplastique ou en métal, notamment en acier ou en aluminium. Le noyau central 2 est réalisé dans un matériau apte à supporter les contraintes mécaniques que subit l'articulation durant l'utilisation, avantageusement un métal, notamment de l'acier ou de l'aluminium. L'armature extérieure 1 et le noyau central 2 sont coaxiaux le long de l'axe X-X'. Sur les figures 2 à 4, les sections en coupe de l'armature extérieure 1 et du noyau central 2 présentent une forme circulaire, toutefois, cette section pourrait également être à pans coupés, par exemple hexagonale ou octogonale. L'insert de rigidification 5 est constitué d'une bande de faible épaisseur (de 1 à 3 mm environ), enroulée en spirale sur elle-même, sur au moins un tour, (par exemple deux tours en figure 2) dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre extérieur du noyau 2 et dont le diamètre extérieur est inférieur au diamètre intérieur de l'armature tubulaire 1, de façon à pouvoir être disposé entre ces deux pièces comme illustré en figure 3. La largeur 1 de cette bande est sensiblement égale à la largeur L de l'armature extérieure 1, de façon à rigidifier l'articulation sur toute sa hauteur. Cette bande de rigidification 5 présente une face intérieure 50, une face extérieure 51, une extrémité libre intérieure (c'est à dire l'extrémité de la bande située à l'intérieur de la spirale) référencée 52 et une extrémité libre extérieure 53. Cet insert de rigidification 5 est avantageusement réalisé en métal, notamment en acier roulé ou en matériau thermoplastique injecté. Une fois que le noyau central 2, l'insert de rigidification 5 et l'armature extérieure 1 sont disposés coaxialement, successivement l'un à l'intérieur de l'autre, comme illustré en figure 3, la matière élastique 3 est injectée dans l'espace restant, c'est à dire comme illustré en figure 4, entre le noyau central 2 et l'armature extérieure 1 et entre les différents tours de la bande 5, de façon que celle-ci soit noyée dans la matière élastique. Le procédé de fabrication de l'articulation élastique sera décrit ultérieurement de façon plus détaillée. La figure 5 illustre une variante de réalisation de la figure 2, dans 'laquelle l'armature extérieure et l'insert de rigidification sont solidaires. Dans ce cas, l'armature et l'insert forment une seule bande continue 6 enroulée en spirale. Cette bande 6 présente une face intérieure référencée 60, une face extérieure 61, une extrémité libre intérieure 62 et une extrémité libre extérieure 63. En outre, elle comprend dans sa partie sensiblement médiane et sur toute sa largeur L', un décrochement angulaire 64. Comme illustré en figure 6, ce décrochement angulaire 64 délimite d'une part, une portion de bande 65 s'étendant depuis ce décrochement 64 jusqu'à l'extrémité libre extérieure 63, présentant un rayon constant et correspondant à l'armature extérieure 1 du premier mode de réalisation, et d'autre part, une portion de bande 66 s'étendant depuis ce décrochement 64 jusqu'à l'extrémité libre intérieure 62, présentant un rayon décroissant et correspondant à l'insert de rigidification 5 du premier mode de réalisation. La nature des matériaux employés pour la réalisation de cette bande 6 et la structure des autres éléments de l'articulation élastique sont identiques au premier mode de réalisation de l'invention. Les éléments identiques portent donc les mêmes références numériques et ne seront pas décrits davantage. Le procédé de fabrication du dispositif d'articulation élastique selon l'invention va maintenant être décrit plus en détail. Au cours d'une première étape, la face extérieure 21 du noyau central 2, la face intérieure 10 de l'armature 1, les faces intérieure 50 et extérieure 51 de l'insert 5 (ou pour le second mode de réalisation, la face intérieure 60 de la portion de bande 65 de rayon constant et les faces intérieure 60 et extérieure 61 de la portion 66 de rayon décroissant de la bande 6) subissent un traitement de surface d'adhérisation, par exemple par sablage et enduction par une substance ad hoc, selon un procédé connu de l'homme du métier et qui ne sera donc pas décrit davantage. Ce traitement préalable a pour but d'améliorer l'adhérence de la matière élastique injectée. Lorsque l'insert 5 (ou respectivement la bande 6) sont réalisés en matière thermoplastique, il est possible de se dispenser de ce traitement d'adhérisation. On dispose ensuite les deux ou les trois éléments précités à l'intérieur d'un moule à injection. Les deux extrémités libres 52 et 53 (ou pour le deuxième mode de réalisation, l'extrémité libre intérieure 62 et le décrochement 64) de l'insert de rigidification sont positionnées à l'intérieur du moule à l'aide de broches de positionnement, non représentées sur les figures. Ces broches viennent au contact de toute la surface des extrémités libres (c'est à dire l'épaisseur de l'insert) ou du décrochement. On ferme ensuite le moule et on procède à l'injection de la matière élastique 3 qui remplit les espaces vides et assure la liaison entre les différents éléments constitutifs de l'articulation. Selon une variante, il est également possible de précontraindre l'insert 5 ou la portion 66 comme on banderait un ressort en torsion, avant le moulage. Ainsi, après le moulage par injection, la précontrainte induite par la décompression de l'insert 5 ou de la portion 66 compense une partie du retrait de la masse d'élastomère 3. On procède ensuite au démoulage du dispositif d'articulation élastique. Les broches de positionnement définissent, lorsqu'elles sont retirées, des orifices de précontrainte longitudinaux, référencés 30 pour l'orifice situé vers l'intérieur, et respectivement 31 pour l'orifice situé vers l'extérieur, (voir figures 4 et 6). Ces orifices 30 et 31 s'étendent sur toute la hauteur de l'articulation élastique. Enfin, la dernière étape du procédé consiste soit à rétreindre l'armature extérieure 1 (ou la portion 65 de la bande 6) par pression sur sa surface extérieure en vue d'en réduire le diamètre, soit à dudgeonner le noyau central 2 par augmentation du diamètre de l'orifice central 22. Les procédés de rétreint ou de dudgeonnage sont classiques et ne seront pas décrits davantage. Ce procédé de fabrication permet donc contrairement à l'art antérieur, d'effectuer une seule opération, soit le rétreint, soit le dudgeonnage. Les orifices de précontrainte 30,31 autorisent un léger déplacement relatif de l'insert en spirale 5 (respectivement de la portion 66 de la bande 6) lors du rétreint ou du dudgeonnage. Cet insert se comporte alors comme un ressort que l'on bande et cela limite les contraintes au niveau des extrémités libres 52 et 53 (respectivement 62) de l'insert. On notera que lorsque l'on choisit le rétreint, il est possible d'effectuer cette opération soit directement à la sortie du moule, soit ultérieurement lors de l'utilisation du dispositif d'articulation élastique. Dans ce dernier cas, c'est l'emmanchement de l'articulation élastique à l'intérieur d'un alésage de structure de la pièce à articuler qui provoque le rétreint. L'utilisation du dispositif est la suivante. L'articulation élastique est 'emmanchée à l'intérieur d'un alésage de l'élément à articuler et à isoler des vibrations. L'immobilisation est assurée par le serrage entre la face extérieure de l'armature 1 (respectivement de la portion 65) et l'intérieur de l'alésage. Le noyau central 2 est destiné à être monté sur le deuxième élément à isoler des vibrations, par exemple au moyen d'une chape, par serrage sur ses extrémités d'une vis introduite dans l'orifice 22. A cet effet, la longueur du noyau 2 est supérieure à celle de l'armature extérieure de façon à dépasser de part et d'autre de celle-ci, (voir figure 3). REVENDICATIONS 1. Dispositif d'articulation élastique destiné à permettre l'articulation de deux éléments l'un par rapport à l'autre, du type comprenant : - une armature extérieure tubulaire (1, 65), apte à être emmanchée dans le premier élément ; - un noyau tubulaire central (2), apte à être relié au deuxième élément et monté coaxialement à l'intérieur de ladite armature (1, 65) ; - une masse de matière élastique (3) reliant entre eux ladite armature extérieure et ledit noyau central, et - un insert intermédiaire de rigidification (5, 66), entourant ledit noyau central (2) et noyé dans ladite masse de matière élastique (3), caractérisé en ce que cet insert de rigidification (5, 66) est constitué d'une bande enroulée en spirale, disposée autour dudit noyau central tubulaire (2). 2. Dispositif d'articulation élastique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'insert intermédiaire de rigidification (66) et l'armature extérieure (65) forment une seule bande continue (6) enroulée en spirale. 3. Dispositif d'articulation élastique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'armature extérieure (1, 65) est réalisée en métal ou en matériau thermoplastique. 4. Dispositif d'articulation élastique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'insert de rigidification en spirale (5, 66) est réalisé en métal ou en matériau thermoplastique. 5. Dispositif d'articulation élastique la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le noyau central (2) est réalisé en métal. 6. Dispositif d'articulation élastique la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière élastique (3) est du caoutchouc ou un matériau élastomère. 7. Procédé de fabrication du dispositif d'articulation élastique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - disposer coaxialement à l'intérieur d'un moule à injection, l'armature extérieure (1, 65), l'insert de rigidification en spirale (5, 66) et le noyau central (2), la ou les deux extrémités libres (52, 62 ; 53) dudit insert (5, 66) étant maintenues dans ledit moule par des broches de positionnement, - fermer le moule, - injecter la masse de matière élastique (3) à l'intérieur dudit moule afin de remplir l'espace entre les différentes pièces du dispositif d'articulation, - démouler le dispositif d'articulation élastique. 8. Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à précontraindre l'insert de rigidification (5,66) en spirale, avant d'injecter la masse de matière élastique (3) dans le moule. 9. Procédé de fabrication selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à faire subir un procédé d'adhérisation à au moins l'une des faces parmi la face intérieure (10,60) de l'armature extérieure (1, 65), les deux faces opposées (50,61 ; 51,61) de l'insert de rigidification (5,66) et la face extérieure (21) du noyau central (2), avant d'injecter la masse de matière élastique (3) dans le moule. 10. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à rétreindre l'armature extérieure (1, 65) ou à dudgeonner le noyau central (2) après le démoulage du dispositif d'articulation élastique.