Brevet FR2841953A1 — publié le 20040109

La présente invention concerne un dispositif d'accumulation d'énergie potentielle mécanique constitué d'un ensemble de ressorts de torsion assemblés de manière à obtenir un encombrement minimum, et permettant de choisir une caractéristique de souplesse fonction de l'angle de rotation non linéaire. L'invention s'applique partout o l'encombrement et le cot minimum sont nécessaires. En particulier, elle s'applique à la construction aéronautique, navale, ferroviaire et automobile. Elle trouve son application en remplacement des ressorts hélicodaux, des barres de torsion ou des ressorts à lames appliquées aux suspensions des véhicules, en remplacement des ressorts d'amortissement des vibrations cycliques des moteurs thermiques, accompagnant les fonctions d'embrayage-débrayage ou associés aux dispositifs dits de doubles volants amortisseurs et plus généralement chaque fois qu'un encombrement et cout de la fonction minimum sont nécessaires et aussi des ressorts de soupape. Actuellement, le stockage de l'énergie mécanique potentielle s'effectue généralement par l'intermédiaire de ressorts hélicoidaux, de barres de torsion ou de ressorts à lames sollicités en flexion. Ces dispositifs présentent des inconvénients qui limitent leur utilisation: les ressorts hélicoidaux sont très encombrants les ressorts de torsion appelés barres de torsion imposent toujours une dimension axiale souvent prohibitive les ressorts à lames ou plus généralement utilisant la flexion sont peu efficaces car très lourds. Tous enfin, nécessitent l'adjonction de dispositifs annexes pour limiter leur course et éviter les chocs provoqués par leur mise en butée. L'invention apporte une solution efficace à ces inconvénients. Le dispositif selon l'invention utilise la torsion des cylindres fendus (vue B figure 1) ou des secteurs cylindriques (vues C et D figure 1). Le tube non fendu A, figure 1 utilisé en torsion à la façon d'une barre de torsion évidée présente une très grande raideur. Inversement les configurations B, C, D et plus généralement toute configuration en secteur circulaire présente une raideur de l'ordre de 1% de la raideur du tube non fendu. L'invention propose un ensemble de solutions d'application des couples aux cylindres fendus ou aux secteurs cylindriques, constitués de dentures faisant fonction de crabots situés aux extrémités des dits cylindres ou secteurs et transmettant les efforts de torsion en les appliquant d'une manière homogène aux dits cylindres ou secteurs. Les figures (2) et (3) présentent une disposition non limitative, selon l'invention. La figure 2 montre 2 demi coupes longitudinales selon AO et OB visibles figure 3 qui représente une coupe transversale selon XX (figure 2). le dispositif selon les figures (2) et (3) comporte un ou plusieurs secteurs concentriques (1) et (2), (3) et (4), de 1800 d'angle, assemblés, ici 2 par 2 pour constituer deux couches concentriques. D'autres configurations comportant 3 secteurs ou plus par couche et 1, 3, 4 couches ou plus de secteurs concentriques sont envisageables, selon l'application voulue. En effet, l'adoption de plusieurs couches de secteurs concentriques augmente la souplesse et les possibilités de lois de souplesse en fonction de l'angle. Les secteurs (3), (4) sont liés par un dispositif de crabotage particulier à l'invention (5a, 5b, 5c, 5d) à une couronne ou structure primaire (6) et aux secteurs (1) et (2) par une bague de crabotage (7), ces derniers secteurs étant liés à la couronne ou une structure secondaire (8). Cette structure (8) et la structure primaire (6) sont en mouvement de rotation angulaire relatif et donc reliés par l'ensemble des secteurs (1), (2), (3), (4) et la bague de crabotage (7). Une rondelle (8) et une rondelle élastique ou tout autre moyen d'exercer une force (9) s'appuyant sur le boitier (10) empêche les secteurs de quitter les zônes de crabotage. Le boitier fermé (10) évite la fuite du lubrifiant (11) dans lequel baigne le mécanisme. Ce boitier est fixé à la structure primaire par un moyen connu (12) et s'appuie sur la structure secondaire par l'intermédiaire d'une bague de frottement (13). Le mouvement d'oscillation relatif des structures primaires et secondaires est guidé par un palier de technologie bien connue (14). La figure 4 représente 2 secteurs, par exemple semblables aux 2 secteurs (1) et (2), mais qui pour mieux faire comprendre leur géométrie, sont représentés déroulés à plat. Ces secteurs comportent chacun 6 paires de crabots de conception revendiquée. Chaque paire de crabots est composée d'un crabot fait d'un pliage à 90 (15) vu aussi figure 2 en (5a) et (5b) et d'un crabot ( 16) vu aussi figure 2 en (5c) et (Sd) situé en continuité de la toile du secteur, ou d'ailleurs de tout autres angles, mais cette solution est moins avantageuse. Cette disposition optimise la répartition des efforts, car il n'y a pas de perte notoire de matière, comme c'est le cas des configurations à dents séparées par un espace vide, tels que les crabots de synchronisation de boite de vitesse. Ces 2 crabots (15) et (16) sont taillés par un procédé connu en forme de développante (figures 4 et 8), pour des raisons de fonctionnement cinématique. Les formes de la paire de crabots (5a) et (5b) ou (5c) et (5d) de 2 secteurs différents et concentriques sont conçues pour que les crabots s'empilent les un sur les autres, occupant ainsi une même alvéole de la bague de crabotage (7). Les secteurs d'un même diamètre comportent, lorsqu'une limitation douce et sans a-coups des rotations angulaires est désirée, des découpes longitudinales (17) et (18) de forme particulière s'assemblant les unes aux autres avec un jeu prédéterminé (19). Ils sont destinés à augmenter la raideur de l'ensemble pour des angles de torsion supérieurs à un angle limite déterminé par la géométrie de ces découpes, et provoquant un amortissement et une blocage progressif de la fonction ressort par augmentation des diamètres, par laminage du lubrifiant et mise en contact avec la surface cylindrique intérieure du boitier (10). En effet (figure 5), lors de la torsion, les secteurs se déforment et les découpes de secteurs différents viennent alors en contact.La figure 5 représente les 2 secteurs déroulés à plat ainsi que la bague de crabotage (29) semblable à la bague de cabotage (7). Le glissement relatif des secteurs est alors interdit et la raideur du ressort de torsion constitué par ces secteurs augmente alors de façon considérable (de l'ordre d'un rapport 10 à 100). La forme trapézoidale des découpes formant coin provoque une dilatation radiale des segments, il y a apparition d'un frottement croissant entre ces segments et le boitier qui se termine par un blocage avec le boitier. Cette propriété permet d'obtenir des lois de souplesses angulaires très variées. Par exemple, si la souplesse du groupe de secteurs (1) et (2) est supérieure à la souplesse du groupe (3) et (4), les découpes du premier groupe vont opérer en premier, pour un angle ai (figure Il A et Il B) pour l'angle a2, ce groupe sera plaqué contre le boitier, et seule le groupe de segments (3) et (4) seront actifs jusqu'à l'angle a3, pour lequel les découpes de ces secteurs deviendront actives et qui par gonflement viendront bloquer ce groupe contre le groupe de segments précédents supprimant ainsi toute souplesse. En augmentant le nombre de groupes le choix de la loi liant la souplesse à l'angle de rotation s'approche d'une loi continue parfaite. Le choix de la viscosité du fluide lubrifiant modifie l'amortissement visqueux du dispositif. Le mécanisme fonctionne à volume constant mais génère un transvasement appréciable du lubrifiant, remplissant ainsi la fonction amortissement visqueux par laminage du fluide. Selon un premier mode de réalisation, (figure 6) chaque secteur est élaboré à partir d'une tôle d' acier ou une feuille d'alliage à haute résistance, découpée (20). Les extrémités en forme de dents (21) sont ensuite cambrées (figure 7) et conformées en profil de développante ou en un profil semblable (22) et (23) (figures 4 et figure 8).La figure 8 est un agrandissemnt d'un couple de crabots. Un autre mode de réalisation (figure 9) utilise des secteurs obtenus par matriçage ou tout autre procédé de forgeage (24), les extrémités étant alors alternativement de plus grand diamètre et de plus petit diamètre (25) et (26). Cette configuration est préférée pour les couples importants, le premier mode de réalisation étant préféré pour les séries importantes et économiques. La bague de crabotage (7) (figures 3 et 10) comporte les alvéoles femelles (27) et (28) adaptées aux formes des extrémités des secteurs. et commune chacune à 2 crabots de 2 secteurs concentriques. La description présente une conception économique et d'encombrement réduit: les secteurs de diamètres différents par exemple (1) et (3) ou (2) et (4) s'emboitent de manière à ce que la bague de crabotage (7) s'ajuste simultanément sur les extrémités des 2 secteurs situés en vis à vis comme les secteurs (1) et (3) ou (2) et (4). La figure 10 représente une bague de crabotage pour 4 couples de crabots Selon l'invention, ces sytèmes de crabotages répartissent sans augmentation de contrainte mécanique appréciable les couples appliqués aux segments, aux structures et aux bagues de crabotage, tout en occupant un volume réduit. Bien que seule la bague de crabotage soit décrite, une disposition semblable s'applique aux structures primaires et secondaires. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'accumulation d'énergie potentielle caractérisé en ce qu'il utilise un ou plusieurs cylindres fendus ou plusieurs secteurs cylindriques (1), (2),(3) (4) concentriques réunis par des dentures faisant fonction de crabots (5A), (5B), (5C), (5D) pour lier les secteurs concentriques soit entre eux, soit aux structures d'extrémité en mouvement relatif. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ces crabots (5A), (5B), (5C), (5D) répartissent les efforts de manière homogène sur les cylindres fendus ou des secteurs 3) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les crabots à chaque extrémité des secteurs ou des cylindres ont une forme qui s'emboîtent dans des alvéoles femelles réceptrices (27) et (28), sans perte notoire de matière. 4) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les formes des crabots des secteurs liés entre eux à une extrémité sont choisies pour que les secteurs s'empilent les uns sur les autres. ) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que les dents des crabots ont une forme de développante (22) et (23). 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par des bagues de crabotage (7) dont chaque alvéole (27) et (28) est commune à 2 crabots de 2 secteurs concentriques. 7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les secteurs d'un même diamètre comportent des découpes longitudinales (17) et (18) destinées à augmenter la raideur du ressort pour un angle de torsion déterminé. 8) Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que la forme de ces découpes longitudinales (17) et (18) induisent une augmentation de diamètre des segments pour un angle de torsion déterminé, provoquant un blocage du fonctionnement des segments qui viennent en contact avec le boitier (10) ou avec d'autres segments de diamètre supérieur. 9) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ensemble est inclus dans un boitier (10) rempli d'un fluide de viscosité choisie (11) assurant l'amortissement désiré, ce boitier assurant le blocage des segments.