Brevet FR2880933A1 — publié le 20060721

i La présente invention est relative à 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, d'un essieu déformable ou encore d'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, 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. Le comportement routier d'un véhicule nécessite un niveau de valeur de raideur dynamique et statique élevée de la matière élastique, ce pour chacune des directions du véhicule. Pour améliorer le comportement vibratoire, il est nécessaire d'augmenter le niveau d'amortissement (à la fréquence du mode à amortir), notamment pour la direction longitudinale du véhicule. Sur le plan acoustique, le souhait est de baisser le niveau de raideur, afin de diminuer le bruit de roulement et de façon privilégiée pour la direction 30 verticale du véhicule. La difficulté est de concilier le niveau de raideur dynamique et le niveau d'amortissement, compromis qui est différent suivant les directions principales du dispositif d'articulation. La raideur dynamique et l'amortissement dépendent du niveau d'amplitude et de la fréquence. D'autre part, plus un élastomère a une valeur d'amortissement élevé, plus les raideurs dynamiques augmentent en fonction des paramètres précités. En effet, il n'existe pas de matériau à valeur d'amortissement élevé, qui rigidifie peu. De ce fait, le choix d'un élastomère est souvent le compromis entre un amortissement élevé et une rigidification peu importante, ce qui est contradictoire avec la nature de l'élastomère. Une autre solution consiste à choisir d'opter pour une première valeur 10 satisfaisante (par exemple sur le plan de l'amortissement) en acceptant que la deuxième valeur soit dégradée. Encore une autre solution consiste à utiliser deux élastomères présentant des propriétés différentes, par assemblage de plusieurs dispositifs d'articulation montés de manière concentrique. Mais cela se traduit par un coût élevé. On décrit dans la demande française n 04 00727 au nom du présent demandeur un procédé de fabrication d'un dispositif d'articulation élastique du type précité dont la masse de matière élastique reliant entre eux ladite armature extérieure et ledit noyau central est constituée d'au moins un premier bloc d'un premier matériau présentant une valeur d'amortissement élevé et d'au moins un second bloc d'un second matériau présentant une valeur de rigidification faible, ces premier et second blocs étant contigus et présentant une surface de contact qui s'étend exclusivement selon une direction essentiellement transversale. Ainsi, le dispositif ainsi fabriqué possède au moins un bloc de matériau élastique (par exemple du caoutchouc) amortissant dans la direction où on cherche à amortir et au moins un bloc de matériau élastique qui rigidifie peu, si on souhaite atténuer cette augmentation de raideur pour diminuer le bruit. Mais, lors de la mise au point de nouvelles articulations, au cours desquelles on se propose de tester différentes compositions de matériau élastique, par exemple en vue de régler et/ou affiner les paramètres de l'articulation définitive, il est nécessaire de fabriquer autant de prototypes qu'il existe de compositions différentes à tester. Ces fabrications supplémentaires demandent du temps additionnel, qui est généralement incompatible avec le calendrier du cahier des charges fourni 35 par le client. De plus, pour réaliser les essais des différentes versions de l'articulation, il est nécessaire de mettre en oeuvre des opérations de montage/démontage qui sont consommatrices de temps et qui nécessitent un outillage spécifique. La présente invention vise à résoudre ces problèmes. En d'autres termes, elle vise à fournir un dispositif d'articulation qui permet de mettre en oeuvre différentes qualités de structures de matière élastique, ceci sans avoir à devoir procéder à chaque fois à une fabrication supplémentaire. Il s'agit donc d'un dispositif d'articulation élastique destiné à permettre l'articulation de deux éléments l'un par rapport à l'autre, qui comprend une armature extérieure tubulaire axiale apte à être emmanchée dans le premier élément, un noyau tubulaire central apte à être relié au deuxième élément, monté à l'intérieur de ladite armature et d'axe parallèle à cette dernière, ainsi qu'une masse de matière élastique reliant entre eux ladite armature extérieure et ledit noyau central, cette masse étant constituée d'au moins une paire de blocs distincts et diamétralement opposés, un espace vide séparant deux à deux lesdits blocs. Ce dispositif est essentiellement caractérisé par le fait qu'au moins une paire de blocs a la forme d'inserts amovibles à emmanchement axial, de sorte que l'un et/ou l'autre de ces blocs peut (peuvent) être démonté(s), notamment pour être remplacés par un (d') autre(s) bloc(s) présentant des caractéristiques de comportement, notamment de rigidité et d'amortissement, différentes. Ainsi, dans une phase de mise au point d'une structure de dispositif d'articulation, on se dispense de devoir fabriquer autant de prototypes que de qualités de différente matière élastique. Il suffit juste d'avoir à disposition un dispositif et des jeux d'inserts amovibles. De cette manière, on réalise à la fois des gains de temps et d'argent. Grâce à l'invention, il est même envisageable, alors que le dispositif est monté sur un véhicule, de démonter les inserts du dispositif et de les remplacer par d'autres, si le comportement de la suspension du véhicule ne satisfait pasaux souhaits et à l'attente de son utilisateur. Selon d'autres caractéristiques avantageuses mais non limitatives de ce dispositif: - ladite masse est constituée de quatre blocs équidistants 35 angulairement; - deux des quatre blocs ont la forme d'inserts amovibles; les quatre blocs ont la forme d'inserts amovibles; - lesdits inserts comportent des moyens de connexion avec l'une et/ou l'autre desdits armature et noyau, qui s'engagent dans des aménagements de forme 5 complémentaire prévus dans ces derniers; - lesdits inserts comportent seulement des moyens de connexion avec ledit noyau, le contact avec ladite armature se faisant par compression; - lesdits inserts comportent seulement des moyens de connexion avec ladite armature, le contact avec ledit noyau se faisant par compression; - lesdits moyens de connexion et les aménagements de forme complémentaire sont du type à tenon et mortaise, ou inversement; - lesdits moyens de connexion sont d'une pièce avec lesdits inserts; - lesdits inserts renferment, au voisinage immédiat des moyens de connexion, au moins un élément rigidificateur; - ledit élément rigidificateur est un élément métallique noyé dans ledit insert; - il comporte des moyens de blocage axial desdits inserts par rapport auxdits armature et noyau; - lesdits moyens de blocage sont emmanchables axialement sur ledit 20 noyau; - lesdits moyens de blocage coopèrent avec lesdits aménagements; - lesdits moyens de blocage présentent une surépaisseur formant saillie sur leur face externe, qui limite le débattement radial. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 25 apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de dessous d'une première forme de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention, selon un plan de coupe perpendiculaire à son axe longitudinal; - la figure 2 est une vue de dessus d'un bloc de matière élastique en forme d'insert qui fait partie intégrante d'un dispositif tel que celui montré à la figure 1; - la figure 3 est une vue analogue à la figure 1, les blocs en forme d'inserts n'y étant cette fois-ci pas représentés; - la figure 4 est une vue du dispositif de la figure 1, selon le plan de coupe Z-Z' de la figure 1, qui montre également les moyens de blocage axial des inserts; - la figure 5 est une vue en perspective éclatée du dispositif de la figure 4, les blocs en forme d'inserts amovibles étant représentés conformément à une variante selon laquelle est intégrée, sensiblement à mi-épaisseur, une mince plaque métallique; - la figure 6 est une vue analogue à la figure 1, montrant une seconde forme de réalisation du dispositif; - la figure 7 est une vue analogue à la figure 4 de ce second 10 dispositif; - la figure 8 est une vue en perspective éclatée du dispositif de la figure 7. Le dispositif représenté à la figure 1 comprend une armature extérieure 1, un noyau central 2 et une masse d'élastomère 3. L'armature extérieure 1 a une forme tubulaire allongée, d'axe Y-Y', 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. Le corps de cette armature est référencé 10. A son extrémité supérieure, elle présente une collerette périphérique 20 11, constituée par un rabat à angle droit dirigé vers l'extérieur. Le noyau central 2 est constitué d'un tube dont la section s'inscrit dans un cercle, 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 qui constitue le centre d'un corps central 21 de section circulaire. A ce corps se raccordent deux "pattes" 22 qui s'étendent diamétralement opposées l'une à l'autre. Elles ont une section en forme générale de "T", dont la branche transversale 23 est courbe pour s'inscrire dans le cercle précité. Ainsi, entre les deux "pattes" 22, le corps 21 est accessible par ses faces externes 210. Ces éléments constituent des aménagements 24 dont on expliquera plus loin la fonction. 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 5 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. Dans la forme de réalisation décrite ici, la masse de matière élastique s'étend essentiellement dans la partie médiane de la surface des parois en regard de l'armature 1 et du noyau 2, de sorte que deux espaces, de volume identique, sont disposés axialement (c'est-à-dire selon l'axe Y-Y') de part et d'autre de la masse d'élastomère. En d'autres termes, ces espaces annulaires communiquent d'une part avec la masse d'élastomère et avec l'extérieur par les extrémités opposées de l'armature. La masse d'élastomère est ici constituée de deux blocs 30 et 31 d'un premier matériau présentant par exemple une valeur d'amortissement élevée et de deux blocs 32 et 33 d'un second matériau présentant une valeur de rigidification faible. Ces blocs sont répartis selon des secteurs angulaires sensiblement identiques (90 ) et sont organisés de sorte que les blocs d'un même matériau soient diamétralement opposés. Selon une variante non représentée, ces blocs peuvent être répartis selon des secteurs angulaires différents, par exemple respectivement de 110 et 70 . Conformément à l'invention, les blocs 30 à 33 sont des blocs distincts, un espace vide longitudinal E les séparant deux à deux. Cela signifie qu'il existe au sein du dispositif d'articulation des zones, en l'occurrence quatre, dans laquelle aucune matière ne relie l'armature 1 au noyau 2. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, une paire de blocs à la forme d'insert amovible à emmanchement axial. Il s'agit en l'occurrence des blocs 30 et 31 tandis que 32 et 33 sont des blocs traditionnels, c'est-à-dire qu'ils sont liés à l'armature 1 et au noyau 2, notamment par adhérisation. Ces blocs 32 et 33 qui sont également diamétralement opposés l'un à 25 l'autre, s'étendent selon l'axe X-X', ce qui signifie qu'ils sont reliés à l'armature 2 au niveau de la face extérieure de la branche transversale 23 des pattes 22 précitées. Comme dit plus haut, la paire de blocs 30 et 31a la forme d'inserts amovibles à emmanchement axial. L'insert 30 a été représenté à la figure 2. La description qui en sera faite ci-après est également valable pour le second bloc 31, de même nature. Cet insert 30 est constitué d'une masse de matériau élastomère qui porte la référence numérique 300. Il comporte une face externe convexe 301 qui présente une courbure 10 similaire à celle de la face interne du corps 10 de l'armature 1. A l'opposé, le bloc comporte une face interne concave 306 dont la courbure correspond à celle des faces externes 210 du corps 21 du noyau 2. Les deux faces latérales du bloc sont référencées 302 et 303 et celles-ci sont reliées à la face interne 306 par deux oreilles latérales 304 et 305 qui présentent une courbure identique à celle de ladite face 306. Elles en constituent le prolongement. A l'intérieur du corps de ce bloc est prévu un élément rigidificateur 4 qui consiste ici en un élément longitudinal de préférence métallique noyé dans l'insert. Cet élément métallique est situé à proximité immédiate de la face interne 306 et présente une courbure identique à celle de cette face. Il peut être pourvu, en certains endroits, de perforations dans lesquelles s'engagent l'élastomère. Cela permet d'améliorer encore la cohésion de l'ensemble. Finalement, les blocs 30 et 31 ont une forme qui leur permet d'être mis en place au jeu près, par emmanchement axial, à l'intérieur du dispositif d'articulation. Pour ce faire, on présente chacun des blocs au-dessus ou au-dessous du dispositif d'articulation de manière à approcher leurs faces 306 des faces externes 210 du noyau 2, pour engager les oreilles 304 et 305 dans les zones de séparation de la branche transversale 23 des pattes 22, du corps central 21. La présence de l'élément rigidificateur 4 permet un engagement précis et facile de l'insert. Ce faisant, la face externe 301 glisse à l'intérieur de l'armature 1 contre laquelle elle est contact par compression. 25 On obtient alors un dispositif tel que montré à la figure 1, la coopération entre les blocs 30 et 31 et le noyau 2 se faisant par des moyens de connexion et des moyens de forme complémentaire précités, qui sont du type à tenon et mortaise. Ce montage est complété par des moyens de blocage axial des inserts 30 et 31 par rapport à l'armature 1 et au noyau 2. Comme le montrent les figures 4 et 5, il s'agit ici de pièces 5 en forme de demi-lune qui sont emmanchables axialement sur le noyau 2. Ces pièces présentent un corps 50 ainsi que une surépaisseur 51 formant saillie, qui s'étend sur leurs faces externes de manière à limiter la course radiale de l'articulation (réglage de la saturation). Le corps 50 présente une courbure identique à la face 306 des blocs 30 et 31 de manière qu'il puisse s'engager de part et d'autres desdits inserts, au jeu près, d'une manière similaire à ce qui a été décrit en référence à la mise en place de ces inserts. Leur blocage s'effectue par prise dans une chape lors de la mise en place sur le véhicule. Comme précisé plus haut, la vue en perspective de la figure 5 montre le dispositif avec des blocs en forme d'inserts amovibles représentés conformément à une variante selon laquelle est intégrée, sensiblement à mi-épaisseur, une mince plaque métallique 6, dont la fonction est de permettre de jouer sur le rapport raideur axiale/raideur radiale. Dans une forme de réalisation qui n'est pas décrite ici, on pourrait avoir affaire à des blocs en forme d'inserts amovibles comportant seulement des moyens de connexion avec l'armature extérieure 1, le contact avec le noyau central 2 se faisant uniquement par compression. Dans le mode de réalisation des figures 6 à 8, on a affaire ici à un dispositif d'articulation qui comprend quatre blocs équidistants angulairement, référencés 30 à 33. Ces blocs sont tous les quatre prévus sous la forme d'inserts amovibles, qui comptent des moyens de connexion avec à la fois l'armature 1 et le noyau 2, qui s'engagent dans des aménagements de forme complémentaire prévus dans ces derniers. En l'occurrence, chacun des blocs présentent des éléments rigidificateurs 4 et 4', respectivement 7 et 7' au niveau de ses faces interne et 35 externe. La forme générale de ces blocs varie d'une paire à l'autre. On a toujours cependant affaire à des profils en forme de tenons, qui s'engagent dans des aménagements complémentaires en forme de mortaise, qui forment partie intégrante de l'armature 1 et du noyau. Les modes de réalisation décrits montrent avec quelle facilité le dispositif selon l'invention peut être monté et démonté, laissant ainsi la possibilité de remplacer les blocs en forme d'inserts par d'autres. Ainsi, une paire de blocs définit une première raideur radiale, c'est-àdire selon un premier axe radial, tandis qu'une seconde paire définit une seconde raideur. Si cette seconde paire est celle constituée d'inserts, alors cette seconde raideur qu'il est possible de modifier en changeant d'inserts. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'articulation élastique destiné à permettre l'articulation de deux éléments l'un par rapport à l'autre, qui comprend une armature extérieure tubulaire axiale (1) apte à être emmanchée dans le premier élément, un noyau tubulaire central (2) apte à être relié au deuxième élément, monté à l'intérieur de ladite armature (1) et d'axe parallèle à cette dernière, ainsi qu'une masse (3) de matière élastique reliant entre eux ladite armature extérieure (1) et ledit noyau central (2), cette masse étant constituée d'au moins une paire de blocs distincts (30, 31; 32, 33) et diamétralement opposés, un espace vide (E) séparant deux à deux lesdits blocs, caractérisé par le fait qu'au moins une paire de blocs (30, 31; 32, 33) a la forme d'inserts amovibles à emmanchement axial, de sorte que l'un et/ou l'autre de ces blocs (30, 31; 32, 33) peut (peuvent) être démonté(s), notamment pour être remplacés par un (d') autre(s) bloc(s) présentant des caractéristiques de comportement, notamment de rigidité et d'amortissement, différentes. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite masse (3) est constituée de quatre blocs (30, 31; 32, 33) équidistants angulairement. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que deux des quatre blocs (30, 31; 32, 33) ont la forme d'inserts amovibles. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les quatre blocs (30, 31; 32, 33) ont la forme d'inserts amovibles. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que lesdits inserts (30, 31; 32, 33) comportent des moyens de connexion (304, 305, 306) avec l'une et/ou l'autre desdits armature (1) et noyau (2), qui s'engagent dans des aménagements (24) de forme complémentaire prévus dans ces derniers. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits inserts (30, 31; 32, 33) comportent seulement des moyens de connexion (304, 305, 306) avec ledit noyau (2), le contact avec ladite armature (1) se faisant par compression. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits inserts (30, 31; 32, 33) comportent seulement des moyens de connexion (304, 305, 306) avec ladite armature (1), le contact avec ledit noyau (2) se faisant par compression. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que lesdits moyens de connexion (304, 305, 306) et les aménagements de forme complémentaire (24) sont du type à tenon et mortaise, ou inversement. 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé par le 5 fait que lesdits moyens de connexion (304, 305, 306) sont d'une pièce avec lesdits inserts. 10. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé par le fait que lesdits inserts (30, 31; 32, 33) renferment, au voisinage immédiat des moyens de connexion (304, 305, 306), au moins un élément rigidificateur (4; 4' ; 7; 7'). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que ledit élément rigidificateur (4; 4' ; 7; 7') est un élément métallique noyé dans ledit insert. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 15 par le fait qu'il comporte des moyens (5) de blocage axial desdits inserts (30, 31; 32, 33) par rapport auxdits armature (1) et noyau (2). 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé par le fait que lesdits moyens de blocage (5) sont emmanchables axialement sur ledit noyau (2) et qu'ils coopèrent avec lesdits aménagements (24). 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé par le fait que lesdits moyens de blocage(s) présentent une surépaisseur (51) formant saillie sur leur face externe, qui limite la course radiale de l'articulation (réglage de la saturation).