Brevet FR2814521A1 — publié le 20020329

ARTICULATION HYDROELASTIQUE A COMPORTEMENT DYNAMIQUE HAUTE FREQUENCE La présente invention concerne une articulation hydroélastique de type nouveau. Cette pièce peut assurer une liaison entre le Groupe MotoPropulseur d'un véhicule automobile et la caisse (ou le berceau moteur). Elle s'appliquera en particulier à une biellette de reprise de couple. Le principe général de telles articulations est connu dans l'art antérieur. Le brevet américain US5899431 décrit une articulation pour un train roulant de véhicule, comportant deux éléments coaxiaux susceptibles de se déplacer l'un par rapport à l'autre. On connaît également le brevet français FR2788822 décrivant un support antivibratoire hydraulique comportant des armatures intérieure et extérieure coaxiales reliées par un corps en élastomère qui délimite deux chambres hydrauliques communiquant entre elles par un passage étranglé. Une armature intermédiaire, noyée dans le corps en élastomère, comporte deux anneaux rigides autour desquels est serrée l'armature extérieure et qui débordent de cette armature, pour définir deux parties d'extrémité recouvertes par deux portées annulaires du corps en élastomère qui sont en contact radial avec la surface intérieure d'un logement dans lequel est emboîté le support. L'armature extérieure n'est pas en contact avec cette surface, ce qui évite de mouler une couche d'élastomère sur cette armature. Les articulations de l'art antérieur présentent un régime de fonctionnement adapté pour le filtrage des basses fréquences. Elles sont par contre inefficaces pour le traitement des fréquences supérieures à quelques dizaines de hertz. La spécificité d'une pièce hydroélastique est de permettre l'amortissement des vibrations relatives entre deux organes liés élastiquement, par circulation d'un fluide d'une chambre élastique à une autre. Ce phénomène intervient pour une fréquence de sollicitation qui dépend principalement des raideurs de gonflement ou de tenue à la pression de l'enveloppe et des sections équivalentes de piston des parois élastiques limitant les deux chambres, ainsi que de la géométrie (longueur et section) de la colonne de fluide reliant les deux chambres. Habituellement ce phénomène est utilisé pour amortir le mode de suspension verticale du Groupe MotoPropulseur (dit mode de hachis) qui se situe autour de 10 Hz. Pour cela, il est nécessaire de disposer d'une colonne de petite section et grande longueur (rapport longueur/diamètre pouvant aller de 10 à 50). Le but de l'invention est de proposer une articulation présentant une efficacité pour les basses fréquences, mais aussi de présenter un comportement de type hydroélastique à hautes fréquences (plusieurs centaines de hertz), obtenu par une géométrie spécifique de colonne de fluide reliant deux chambres hydrauliques. On observe à la fréquence souhaitée (dite fréquence de calage) une augmentation ponctuelle de l'amortissement, caractérisé par le déphasage entre le signal d'excitation (vibration du GMP) et le signal de réception (effort injecté dans la caisse du véhicule). Ceci est accompagné d'une variation de la raideur dynamique, elle-même caractérisée par le module (valeur absolue) du rapport entre les amplitudes de ces deux signaux (K = F/ X) : cette variation correspond à une diminution dans une bande de fréquences inférieures à la fréquence de calage, suivie par une brusque augmentation autour de cette fréquence et d'un plateau stable aux fréquences supérieures. Pour répondre à cet objectif de comportement dynamique haute fréquence, l'invention concerne selon son acception la plus générale une articulation hydroélastique à comportement dynamique haute fréquence, destinée à être interposé entre un premier élément [la structure de caisse par exemple] et un deuxième élément [un pain porteur de liaison avec le châssis du véhicule par exemple], comprenant une armature extérieure rigide destinée à être solidarisée avec l'un desdits éléments, et une armature intérieure rigide destinée à être solidarisée avec l'autre desdits éléments, ainsi qu'un corps en élastomère reliant entre elles les armatures intérieure et extérieure pour former une chambre de travail et communiquant avec au moins une chambre d'expansion, une armature intermédiaire évidée étant noyée dans la masse d'élastomère, caractérisée en ce que l'armature intermédiaire est formée de deux flasques annulaires reliées par au moins deux entretoises latérales, la masse en élastomère présente deux pains porteurs pleins assurant la liaison entre lesdites entretoises latérales et l'armature intérieure et formant entre lesdits pains porteurs une chambre de travail en forme de voûte s'ouvrant vers la périphérie, ainsi qu'au moins une membrane annulaire s'étendant entre les deux entretoises principales, du côté opposé à la chambre de travail, lesdites entretoises de l'armature intermédiaire et l'armature extérieure délimitant deux canaux de liaison accordés en fréquence assurant la circulation d'un fluide entre la chambre de travail et au moins une chambre d'expansion périphérique. L'intérêt principal d'une telle articulation est d'abaisser la raideur dynamique dans une bande de fréquences inférieures à la fréquence de calage et d'améliorer par la même le filtrage des vibrations du Groupe Motopropulseur (typiquement le bourdonnement moteur et/ou les médiums) sans diminuer la raideur statique nécessaire au maintien des deux organes à relier. On peut alors obtenir une raideur dynamique inférieure à la raideur statique de l'articulation. Selon une variante préférée, l'armature intermédiaire présente une troisième entretoise centrale disposée à l'opposé de la chambre de travail, la masse en élastomère formant deux membranes périphériques s'étendant entre ladite entretoise centrale et chacune des entretoises principales encadrant la chambre de travail. Avantageusement, la chambre de travail présente une zone intérieure en forme de segment de tore creux à section sensiblement semi-circulaire, prolongée par une partie évasée. De préférence, les flasques annulaires de l'armature intermédiaire présentent, sur les deux entretoises principales une nervure radiale de renfort. Selon une variante, l'armature intermédiaire présente une butée de limitation en détente disposée à l'opposé de la chambre de travail. Selon une autre variante, l'armature intermédiaire présente une butée de limitation en attaque disposée dans la chambre de travail. Selon un mode de réalisation préféré, l'armature intérieure présente une section trapézoïdale dont la petite base est du côté de la chambre de travail. De préférence, la masse en élastomère recouvre les surfaces extérieures des flasques de l'armature intermédiaire. Selon un mode de mise en oeuvre préféré, l'armature extérieure présente avant assemblage de l'articulation un collet battu. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un exemple non limitatif de réalisation qui suit, se référant aux dessins annexés où : - la figure 1 représente une vue d'ensemble d'une articulation selon l'invention ; - la figure 2 représente une vue en perspective de l'armature intermédiaire ; - la figure 3 représente une vue en perspective de l'armature intérieure ; - la figure 4 représente une vue en perspective de l'armature extérieure ; - la figure 5 représente une vue selon un plan de coupe axial, passant par le milieu de la chambre de travail ; - la figure 6 représente une vue selon un plan de coupe transversal ; - la figure 7 représente une vue éclatée de l'articulation. L'articulation selon l'invention est composée : d'une armature extérieure (1) d'une armature intérieure (2) d'une armature intermédiaire (3) d'une masse en élastomère (4). Le corps (10) de l'articulation est constitué d'une armature intermédiaire (3) réalisée en aluminium moulé ou suivant tout autre moyen de fabrication (tôle emboutie, pliée et soudée, moulage thermoplastique...) et d'une armature intérieure (2) pouvant être généralement en aluminium moulé ou extrudé. Une masse d'élastomère (4) assure la liaison entre les armatures (2) et (3). L'armature intermédiaire (3) représentée en détail en figure 2 comprend deux flasques annulaires (22a et 22b) reliées entre elles par au moins une entretoise (23), et par trois entretoises dans la réalisation proposée. Deux entretoises principales (23a et 23b) sont disposées symétriquement par rapport à la direction diamétrale définie par les chambres hydrauliques (19 et 20). Une troisième entretoise (23c) a pour fonction première de rigidifier l'armature intermédiaire (3), principalement pour assurer le sertissage du tube extérieur (1) sur les deux flasques (22a et 22b). Deux gorges (25), venant de moulage, situées dans une surépaisseur des flasques annulaires (22a et 22b) permettent de retenir une butée de limitation en déplacement. L'armature intérieure (2) comprend un alésage (26) permettant le passage d'une vis ou tout autre moyen de fixation (tige filetée, goupille...). Sa forme est trapézoïdale avec la petite base orientée vers le bas dans notre présentation. La face supérieure recevra la butée (17) de limitation dans un sens alors que la masse d'élastomère située en partie inférieure viendra en appui sur la butée de limitation (30). Les deux faces symétriques obliques par rapport à l'axe vertical recevront les pains porteurs (14a et 14b). La masse d'élastomère (4) est adhérisée aux deux armatures lors du moulage. Elle est constituée des éléments suivants : - Deux pains porteurs de liaison (14a et 14b) assurant le passage des efforts entre l'armature intermédiaire (3) et l'armature intérieure (2). La forme, en V inversé, permet de passer des efforts importants et d'agir comme un piston afin de transférer le fluide depuis la chambre de travail (19) vers la chambre d'expansion ou de compensation (20). - Deux membranes (15a et 15b) fermant au moins partiellement la chambre hydraulique de travail (19). Elles relient également les armatures (2 et 3). Elles transmettent également de l'effort dans une moindre mesure que les pains porteurs (14a et 14b). Elles permettent avant tout de régler la raideur de tenue à la pression de la chambre de travail (19). - Deux membranes souples (16a et 16b) fermant au moins partiellement la chambre hydraulique de compensation (20). Elles sont symétriques par rapport à l'entretoise de liaison (23c). La fonction principale est d'assurer l'étanchéité de la chambre de compensation. L'épaisseur est généralement réduite pour ne pas générer de raideur porteuse ou de tenue à la pression importante. On peut envisager d'avoir une seule membrane continue dans le cas où l'on n'a pas besoin de l'entretoise de liaison supérieure (23c). - Une butée (17), adhérisée sur la partie supérieure de l'armature intérieure (2) assurant la limitation dans un sens des débattements entre les deux armatures intermédiaire (3) et intérieure (2). Une fine couche d'élastomère (18) sur l'extérieur des bagues (22a et 22b) assurant l'étanchéité du système après montage du corps (10) dans le tube extérieur (1) par compression entre le collet battu intérieur (41) initialement formé sur une extrémité et le deuxième réalisé lors du sertissage final de l'autre extrémité du tube extérieur (1). Dans la réalisation proposée, la chambre hydraulique de compensation (20) est divisée en deux souschambres symétriques (20a et 20b) par le biais de la troisième entretoise (23c) qui assure le passage des efforts via la butée (17) lors de la limitation de débattement. Le canal de liaison (21) entre les deux chambres hydrauliques (19) et (20) est réalisé en deux éléments (21a et 21b) délimités par les entretoises de liaison (23a et 23b) et l'intérieur de la partie cylindrique (41) du tube extérieur (1). Ils peuvent présenter les mêmes longueurs (définissant alors la longueur de colonne de l'articulation ) et les mêmes sections (dont la somme définit alors la section de colonne de l'articulation). Grâce à la géométrie de l'articulation, il est ainsi possible de réaliser une colonne de fluide de grande section et faible longueur, nécessaire pour le fonctionnement à hautes fréquences de l'articulation. Il est à noter que l'égalité des longueurs et/ou des sections de chaque élément (21a et 21b) n'est pas obligatoire. Dans la réalisation proposée, les deux entretoises de liaison (23a et 23b) sont renforcées par deux nervures (24a et 24b) venant prendre appui sur l'intérieur de la partie cylindrique (41) du tube extérieur (1) après sertissage de celui-ci sur les flasques annulaires (22a et 22b). La limitation de débattement entre l'armature intermédiaire (3) et intérieure (2) est assurée dans le sens de la traction des pains porteurs de liaison (14a et 14b) par la butée (17) prenant appui sur l'entretoise de liaison (23c). Dans l'autre sens, elle peut s'effectuer naturellement par la compression des pains porteurs de liaison (14a et 14b) accompagnée du repliement des membranes (15a et 15b) dans la chambre hydraulique de travail (19). Cependant, pour régler la course de limitation, il peut être nécessaire de rapporter dans la chambre de travail (19) une butée rigide (30) dont la géométrie (et en particulier la hauteur) est déterminée par la course maximale désirée. Cette butée rigide (30) peut être réalisée par moulage thermoplastique, aluminium, ou tout autre moyen de fabrication. Dans la réalisation proposée, elle est fixée sur l'armature intermédiaire (3) du corps (10) par l'intermédiaire des deux gorges (25) sur les flasques annulaires (22a et 22b) issues du moulage de ladite armature. L'armature extérieure (1) de forme cylindrique peut être en tôle d'acier ou d'aluminium. L'armature extérieure (1) assure la fermeture des chambres hydrauliques (19) et (20) et du canal de liaison (21a et 21b) entre les deux chambres. Elle peut présenter un collet battu intérieur (41) à l'une de ses extrémités. Le corps (10), sur lequel peut être pré- assemblée la butée de limitation (30), est emmanché à l'intérieur de la partie cylindrique (42) dans le tube extérieur (1). Après emmanchement, l'autre extrémité du tube extérieur (1) est sertie sur les deux flasques annulaires (22a et 22b) via le joint élastomère (18) assurant l'étanchéité du système. Le tout est rempli d'un fluide destiné à circuler entre les deux chambres hydrauliques (19) et (20) sous l'effet des vibrations entre les deux éléments à relier. Le remplissage peut être effectué lors de l'assemblage des éléments en piscine, ou après par aspiration sous vide. L'articulation selon l'invention est fixée aux deux organes à relier par l'intermédiaire d'un vissage (ou tout autre élément d'assemblage) à travers l'alésage (26) de l'armature intérieure (2) du corps (10) pour un organe, et d'un emmanchement du tube extérieur (1) pour l'autre. REVENDICATIONS 1-Articulation hydroélastique à comportement dynamique haute fréquence, destinée à être interposé en un premier élément [le bloc motopropulseur par exemple] et un deuxième élément [la structure de caisse du véhicule par exemple], comprenant une armature extérieure (1) rigide destinée à être solidarisé avec l'un desdits éléments, et une armature intérieure (2) rigide destinée à être solidarisée avec l'autre desdits éléments, ainsi qu'un corps en élastomère (4) reliant entre elles les armatures intérieure et extérieure pour former une chambre de travail et communiquant avec au moins une chambre d'expansion, une armature intermédiaire (3) évidée étant noyée dans la masse d'élastomère (4), caractérisée en ce que l'armature intermédiaire (3) est formée de deux flasques annulaires (22a, 22b) reliées par au moins deux entretoises principales (23a, 23b), la masse en élastomère (4) présente deux pains porteurs (14a et 14b) assurant la liaison entre lesdites entretoises principales (23a, 23b) et l'armature intérieure (2) et formant entre lesdits pains porteurs (14a et 14b) une chambre de travail (19) en forme de voûte s'ouvrant vers la périphérie, ainsi qu'au moins une membrane annulaire s'étendant entre les deux entretoises principales (23a, 23b), du côté opposé à la chambre de travail (19), lesdites entretoises de l'armature intermédiaire (3) et l'armature extérieure délimitant deux canaux de liaison (21a, 21b) accordés en fréquence assurant la circulation d'un fluide entre la chambre de travail (19) et au moins une chambre d'expansion périphérique (20a, 20b). 2-Articulation hydroélastique selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'armature intermédiaire (3) présente une troisième entretoise centrale disposée à l'opposé de la chambre de travail (19), la masse en élastomère (4) formant deux membranes périphériques (16a, 16b) s'étendant entre ladite entretoise centrale (23c) et chacune des entretoises principales (23a, 23b) encadrant la chambre de travail (19). 3-Articulation hydroélastique selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que la chambre de travail (19) présente une zone intérieure en forme de segment de tore creux à section sensiblement semicirculaire, prolongée par une partie évasée. 4-Articulation hydroélastique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les flasques annulaires de l'armature intermédiaire (3) présente, sur les deux entretoises principales (23a, 23b) une nervure radiale de renfort (24a, 24b). 5-Articulation hydroélastique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'armature intérieure (2) présente une butée de limitation en détente (17) disposée à l'opposé de la chambre de travail (19). 6-Articulation hydroélastique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'armature intérieure (2) présente une butée de limitation en attaque (27) disposée dans la chambre de travail (19). 7-Articulation hydroélastique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'armature intérieure (2) présente une section trapézoïdale dont la petite base est du côté de la chambre de travail (19). 8-Articulation hydroélastique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la masse en élastomère (4) recouvre les surfaces extérieures des flasques (22a, 22b) de l'armature intermédiaire (3). 9-Articulation hydroélastique selon la revendication 8 caractérisée en ce que l'armature extérieure (1) présente une forme tubulaire avec à chacune des extrémités une zone rabattue vers l'intérieur venant recouvrir les flasques (22a, 22b). 10-Articulation hydroélastique selon la revendication 9 caractérisée en ce que l'armature extérieure (1) présente avant assemblage de l'articulation un collet battu.