Brevet FR2827931A1 — publié le 20030131

La présente invention concerne un dispositif d'articulation élastique. 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 anticouple moteur d'une automobile, d'un camion ou de tout autre engin roulant, par exemple une locomotive ou un wagon de chemin de fer. Plus précisément, il trouve une application particulière dans le domaine de la liaison au sol, notamment dans le cas de la liaison entre la caisse et un berceau ou encore un triangle d'une automobile. De manière usuelle, 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 également tubulaire et coaxial, cette armature étant rendue solidaire du noyau par une masse de matière élastique, du type caoutchouc naturel ou 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 du véhicule. Le montage inverse est également possible. Habituellement, la masse de matière élastique est constituée d'un matériau à amortissement élevé ou d'un matériau à amortissement faible. Un amortissement élevé entraîne une forte rigidification, c'est-à-dire l'augmentation de la valeur de la raideur en fonction de la fréquence de l'amplitude excitatrice. Il n'existe pas de matériau à valeur d'amortissement élevé, mais qui rigidifie peu. En conséquence et conformément au dispositif selon l'état de la technique, soit on trouve un compromis entre une valeur d'amortissement élevée et une valeur de rigidification faible, soit on choisit délibérément que l'une des valeurs soit convenable, en acceptant d'avoir une deuxième valeur dont la caractéristique n'est pas satisfaisante. Dans ces conditions, les dispositifs conformes à l'art antérieur ne permettent pas de combiner un amortissement radial élevé avec une rigidification axiale faible. Dans la suite de la description et des revendications, l'expression "rigidification axiale faible"correspond à la valeur de la raideur en fonction de la fréquence ou de l'amplitude excitatrice, que présente la masse de caoutchouc d'élastomère sous l'action d'une contrainte s'exerçant selon l'axe longitudinal du noyau central, tandis que l'expression"amortissement radial élevé"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. La présente invention a pour but de fournir un dispositif d'articulation élastique qui permet de combiner un amortissement radial élevé avec une rigidification axiale faible. L'amortissement radial élevé, c'est-à-dire dans la direction transversale du véhicule permet d'amortir les mouvements de l'essieu. Par contre, dans la direction verticale du véhicule, on ne se préoccupe pas de l'amortissement. On cherche une articulation qui ne rigidifie pas. On a pour but de minimiser la différence de valeur entre la raideur aux fréquences d'excitation du bruit (100 à 300 hz) et la raideur lorsqu'on applique la précharge (raideur statique). Ce but est atteint conformément à l'invention, grâce à 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. Conformément à l'invention, la masse de matière élastique s'étend seulement sur une partie de la surface des parois en regard de l'armature et du noyau, de façon à réserver au moins un espace entre ceux-ci. De plus, le dispositif comporte une rondelle formée d'une bague rigide et d'un anneau en matière élastique, qui est emmanchée autour du noyau central à l'intérieur dudit espace et qui est en contact ou pratiquement en contact avec ladite armature et ledit noyau. Ainsi, lors d'une sollicitation axiale, seule la masse d'élastomère comprise entre l'armature extérieure et le noyau tubulaire central est sollicitée. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques additionnelles avantageuses mais non limitatives de l'invention : - la masse de matière élastique s'étend dans la partie médiane de la surface des parois en regard de l'armature et du noyau, de sorte qu'il présente deux espaces de volume identique, disposés de part et d'autre de ladite masse d'élastomère ; - ladite rondelle est emmanchée à force autour du noyau central ; - l'anneau en matière élastique est disposé en périphérie de la bague ; - l'anneau en matière élastique est disposé à l'intérieur de la bague ; - la bague rigide présente un bord rabattu radialement à angle droit, contre lequel s'appuie l'anneau élastique ; - le dispositif comporte deux rondelles identiques ; - le dispositif comporte une rondelle avec un anneau en matière élastique disposé en périphérie de la bague et une rondelle avec un anneau en matière élastique disposé à l'intérieur de la bague ; - ledit anneau élastique est réalisé en polyuréthanne thermoplastique cellulaire, ce matériau ayant des cellules fermées d'un diamètre moyen d'environ 100 um, une densité de cellules d'environ 107/cm3, une densité comprise entre 0,4 et 0,9 et une dureté comprise entre environ 75 et 85 shore A. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe selon un plan médian longitudinal d'un premier mode de réalisation, avant assemblage des différentes pièces qui le constitue ; - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, les différentes pièces du dispositif étant représentées en position assemblée ; - les figures 3 à 7 sont des vues analogues à la figure 2 montrant cinq autres variantes de réalisation. Le dispositif représenté à la figure 1 comprend une armature extérieure 1, un noyau central 2, une masse d'élastomère 3 et deux rondelles 4a. L'armature extérieure 1 a 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 des deux éléments à articuler l'un par rapport à l'autre. Ces parois extérieure et intérieure ont été respectivement numérotées 10 et 11. Le noyau central 2 est constitué d'un tube monté coaxialement à l'intérieur de l'armature 1. Il est destiné à être relié au deuxième élément à isoler des vibrations, par exemple au moyen d'une chape. Sa longueur est légèrement supérieure à celle de l'armature et il est positionné de manière à ce que ses extrémités sortant de l'armature présentent sensiblement la même dimension. Ce tube présente un alésage central et axial 20. Ses parois extérieure et intérieure ont été respectivement numérotées 21 et 22. 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. Il s'agit avantageusement d'un métal, tel que de l'acier ou de l'aluminium. La masse de matière élastique 3, du type caoutchouc matériau élastomère, relie entre elles les deux pièces précitées et assure l'articulation et le filtrage des vibrations. Conformément à l'invention, cette masse de matière élastique s'étend seulement sur une partie de la surface des parois en regard 11 et 21 de l'armature 1 et du noyau 2. Cela permet de réserver au moins un espace entre cette armature et ce noyau. Dans la forme de réalisation décrite ici, la masse de matière élastique s'étend seulement dans la partie médiane de la surface des parois en regard de l'armature 1 et du noyau 2, de sorte que deux espaces E, de volume identique, sont disposés de part et d'autre de la masse d'élastomère. En d'autres termes, ces espaces annulaires E communiquent d'une part avec la masse d'élastomère et avec l'extérieur par les extrémités opposées de l'armature. Comme précisé plus haut, le dispositif selon l'invention comporte également au moins une rondelle formée d'une bague rigide et d'un anneau en matière élastique. Dans la forme de réalisation de la figure 1, il s'agit de deux rondelles identiques référencées 4a, formées d'une bague rigide 40 et d'un anneau de matière élastique 41 disposé en périphérie de la bague. Les dimensions de ces deux bagues sont telles qu'elles peuvent être emmanchées autour du noyau central 2, à l'intérieur de chacun desdits espaces E de manière à être en contact ou pratiquement en contact à la fois avec l'armature 1 et le noyau 2. La figure 2 montre un tel assemblage. Par l'expression"en contact ou pratiquement en contact", on entend que les bagues peuvent être emmanchées à force à l'intérieur desdits espaces ou qu'il existe un très léger jeu entre ces rondelles et l'armature extérieure 1. A la figure 2, ce léger jeu a été référencé e. La forme de réalisation du dispositif selon la figure 3 se distingue seulement de la précédente par le fait que les rondelles référencées 4b sont formées d'une bague 40 et d'un anneau en matière élastique 41 disposé à l'intérieur de cette bague. Dans le mode de réalisation de la figure 4, le dispositif comprend une bague 4a identique à celle décrite en référence aux figures 1 et 2, et une bague 4b identique à celle décrite en référence à la figure 3. Dans le mode de réalisation de la figure 5, la bague rigide 40 des deux rondelles référencées 4c comporte un bord 400 rabattu radialement à angle droit, contre lequel s'appuie l'anneau élastique. Ici, ce bord 400 est rabattu vers l'intérieur. Dans la forme de réalisation de la figure 6, on a affaire à une bague 4c et une bague 4d analogue, mais dont l'anneau en matière élastique est disposé en périphérie de la bague. Quant au dernier mode de réalisation de la figure 7, il comprend deux rondelles identiques 4d. Préalablement à l'adhérisation de la masse 3 à l'armature extérieure et au noyau central, ces pièces subissent des opérations visant à améliorer leur contact avec cette masse d'élastomère. La mise en place de la masse d'élastomère se fait par moulage dans un moule à injection dans lequel on positionne l'armature extérieure 1 et le noyau tubulaire central 2. Après fermeture des deux demi-coquilles qui composent le moule, on injecte la masse d'élastomère qui remplit les cavités. Un procédé identique est mis en oeuvre pour fixer les anneaux en matière élastique 41 aux bagues rigides qui composent les rondelles. On effectue avantageusement sur le dispositif une opération de rétreint ou de dudgeonnage afin de compenser le retrait partiel de la masse d'élastomère et d'augmenter sa tenue en adhérence. On décrira ci-après le mode de fonctionnement du dispositif selon l'invention, seulement à la figure 2, dans la mesure où le fonctionnement des autres modes de réalisation est sensiblement identique. On notera toutefois que le dispositif représenté sur la figure 1 dans lequel les anneaux de matière élastique 41 sont disposés à l'extérieur de la bague 40 pourra supporter plus d'efforts que le dispositif représenté à la figure 3 où les anneaux 41 sont à l'intérieur de la bague 40, car la surface développée de matière élastique en contact avec l'armature extérieure 1 est plus importante dans le premier cas, que celle de la matière élastique en contact avec le noyau central 2 dans le second cas. Lors d'une sollicitation axiale du dispositif (dans le sens de la double flèche f), seule la masse d'élastomère 3 comprise entre l'armature extérieure 1 et le noyau central 2 est sollicitée. De ce fait, l'articulation a un comportement mécanique qui ne rigidifie pas, de par les propriétés de la masse d'élastomère comprise entre ces deux éléments. Les anneaux 41 des rondelles 4a n'étant pas adhérisés à l'armature extérieure et au noyau central, ceux-ci ne sont pas sollicités. Au contraire, lors d'une sollicitation radiale (dans le sens de la double flèche g), la masse d'élastomère 3 comprise entre l'armature 1 et le noyau central 2, ainsi que les masses d'élastomère, en l'occurrence les anneaux 41 des rondelles 4a sont sollicitées et déformées. Lors de cette sollicitation, l'articulation possède une forte valeur d'amortissement due au fait que les anneaux en matière élastique 41 sont sollicités. De préférence, on utilisera, pour réaliser la masse élastique 3 un matériau peu amortissant donc peu rigidifiant. Par contre, les bagues 41, qui ontelles un rôle d'amortissement peuvent être réalisées par moussage d'une matière thermoplastique. Il peut s'agir de préférence d'un polyuréthanne thermoplastique cellulaire, ayant des cellules fermées d'un diamètre moyen d'environ 100 microns, une densité de cellules d'environ 107/cm3, une densité comprise entre 0,4 et 0,9 ainsi qu'une dureté comprise entre environ 75 et 85 shore A. Le procédé de moussage permet de créer des cellules dans n'importent quels matériaux thermoplastiques. Pour les applications visées par la présente invention, le matériau obtenu doit être souple, homogène. Les critères d'essais portent sur la compression de la pièce fabriquée ainsi que des tests d'endurances. Lors de l'injection du matériau dans le moule, une peau en surface se forme. Cette peau a une épaisseur de plusieurs microns. Lors de la compression cette peau incompressible est un inconvénient car elle provoque un effet tonneau. En revanche, cette peau est une barrière contre les entrées d'eau dans les cellules. Les pièces sont ainsi peu sensibles au gel. L'utilisation d'un thermoplastique rend facile la coloration des pièces. Cela permet de réaliser des éléments de style différent ou de repérer des pièces par type de fonction. Les couleurs restent stables dans le temps car elles sont peu sensibles aux U. V. La fixation des anneaux aux bagues rigides peut être faite par collage. On peut aussi les caler contre le bord rabattu 400 tel que décrit aux figures 5 à 7. Enfin le produit final est recyclable par broyage et pour la fabrication de nouvelles pièces. Bien que la présente invention ait été faite en référence à un dispositif d'articulation de type classique, elle peut s'appliquer à un dispositif muni de collerettes, présentant des évidements dans la matière élastique, ou équipé d'un feuilletage intérieur. 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) 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) ; - une masse (3) de matière élastique reliant entre eux ladite armature extérieure (1) et ledit noyau central (2), caractérisé en ce que la masse (3) de matière élastique s'étend seulement sur une partie de la surface des parois en regard (11,21) de l'armature (1) et du noyau (2), de façon à réserver au moins un espace (E) entre ceux-ci et qu'il comporte une rondelle (4a, 4b, 4c, 4d) formée d'une bague rigide (40) et d'un anneau en matière élastique (41), qui est emmanchée autour du noyau central (2) à l'intérieur dudit espace (E) et qui est en contact ou pratiquement en contact avec ladite armature (1) et ledit noyau (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la masse de matière élastique (3) s'étend dans la partie médiane de la surface des parois (ll, 21) en regard de l'armature (1) et du noyau (2), de sorte qu'il présente deux espaces (E) de volume identique, disposés de part et d'autre de ladite masse d'élastomère (3). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que ladite rondelle (4a, 4b, 4c, 4d) est emmanchée à force autour du noyau central (2). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'anneau (41) en matière élastique est disposé en périphérie de la bague (40). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'anneau (41) en matière élastique est disposé à l'intérieur de la bague (40). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que, la bague rigide (40) présente un bord (400) rabattu radialement à angle droit, contre lequel s'appuie l'anneau élastique (41). 7. Dispositif selon la revendication 2 prise en combinaison avec l'une des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait qu'il comporte deux rondelles identiques. 8. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte une rondelle (4a, 4d) avec un anneau (41) en matière élastique disposé en périphérie de la bague (40) et une rondelle (4b, 4c) avec un anneau (41) en matière élastique disposé à l'intérieur de la bague (40). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que ledit anneau élastique est réalisé en polyuréthanne thermoplastique cellulaire, ce matériau ayant des cellules fermées d'un diamètre moyen d'environ 100 um, une densité de cellules d'environ 107/cm3, une densité comprise entre 0,4 et 0,9 et une dureté comprise entre environ 75 et 85 shore A.