Brevet FR2887315A1 — publié le 20061222

DISPOSITIF D'ARTICULATION HYDROELASTIQUE A EFFET AXIAL. La présente invention concerne un dispositif d'articulation hydroélastique à effet axial. Un dispositif de ce type est décrit, par exemple, dans la demande de brevet d'invention FR 2 841 621. Un dispositif d'articulation hydroélastique à effet axial comprend un module de filtration s'étendant axialement et constitué d'une armature extérieure et d'une armature intérieure reliées par une masse de matière élastomère. Il comprend également deux modules de fermeture coaxiaux disposés aux deux extrémités du module de filtration et constitués chacun d'une armature extérieure et d'une armature intérieure reliés par une masse de matière élastomère formant membrane. Deux chambres sont ménagées entre les extrémités du module de filtration et les modules de fermeture. Ces chambres sont reliées par au moins un canal afin de recevoir un liquide d'amortissement. La section et la longueur du canal sont déterminées de façon que la fréquence de résonance de la masse liquide qui le traverse corresponde sensiblement à la fréquence moyenne des sollicitations subies par le dispositif. Cette masse liquide est appelée colonne d'amortissement hydraulique. Un tel dispositif d'articulation est par exemple destiné à équiper un élément de châssis comme par exemple un berceau. Pour améliorer le confort du véhicule, il est intéressant de minimiser la rigidification dynamique dans une plage de fréquence se trouvant. en dessous de la fréquence de résonance, par exemple dans une plage comprise entre 1Hz et une fréquence f3 inférieure à la fréquence de résonance. Par ailleurs, pour des problèmes de choc à la percussion, il peut être également intéressant d'obtenir un amortissement maximum à la fréquence de résonance. La présente invention vise notamment à diminuer la rigidification dynamique dans une plage de fréquence se trouvant en dessous de la fréquence de résonance, par exemple entre 1 Hz et une fréquence f3 inférieure à la fréquence de résonance. A cet effet, l'invention concerne un dispositif d'articulation hydroélastique à effet axial comprenant: - un module de filtration s'étendant axialement et constitué d'une armature extérieure et d'une armature intérieure reliées par une masse de matière élastomère; - deux modules de fermeture coaxiaux disposés aux deux extrémités du module de filtration et constitués chacun d'une armature extérieure et d'une armature intérieure reliés par une masse de matière élastomère formant membrane; - deux chambres adaptées à recevoir un liquide d'amortissement ménagées entre les extrémités du module de filtration et les modules de fermeture; et - au moins un canal reliant lesdites chambres, caractérisé en ce que: lesdites armatures intérieure et extérieure dudit module de filtration présentent des zones d'appui inclinées par rapport à l'axe de manière à converger vers ce dernier dans un sens de charge dudit dispositif, ladite masse de matière élastomère s'étendant entre lesdites zones d'appui. Cette articulation hydroélastique à effet axial est conçue pour accepter une précharge axiale de manière à minimiser la rigidification dynamique dans une plage de fréquence se trouvant en dessous de la fréquence de résonance, par exemple entre 1 Hz et une fréquence f3 inférieure à la fréquence de résonance. Elle permet de bénéficier du creux de raideur, correspondant à la contre-résonance. Ce creux de raideur se trouve à une fréquence f2 inférieure à f3. Avantageusement, les surfaces d'appui desdites zones d'appui s'étendent sensiblement parallèlement. Avantageusement, la zone d'appui de ladite armature intérieure a une forme sensiblement tronconique. Selon un autre aspect de la présente invention, ledit dispositif d'articulation comprend un module de liaison adapté à immobiliser radialement l'armature extérieure dudit module de filtration et les armatures extérieures desdits modules de fermeture. Avantageusement, ledit module de liaison est également adapté à immobiliser axialement lesdites armatures extérieures desdits modules de fermeture. Avantageusement, ledit module de liaison comprend un corps cylindrique de diamètre in-:érieur adapté à recevoir ladite armature extérieure dudit module de filtration et lesdites armatures extérieures desdits modules de fermeture. Avantageusement, ledit module de liaison comprend des moyens d'immobilisation axiale desdites armatures extérieures desdits modules de fermeture comprenant des pattes rabattables par sertissage. Avantageusement, lesdites armatures dudit module de filtration sont de forme globalement cylindrique à l'exception de leurs parties centrales formant lesdites zones d'appui. Avantageusement, chacun desdits modules de fermeture comprend une armature intérieure de forme cylindrique et une armature extérieure de forme annulaire. Avantageusement, ledit au moins un canal est ménagé entre ladite armature extérieure dudit module de filtration et un corps cylindrique dudit module de liaison. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ciaprès à titre purement explicatif, de modes de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées: la figure 1 représente un dispositif d'articulation avec précharge selon un mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 représente un module de filtration du dispositif de la figure 1; - la figure 3 représente un module de fermeture du dispositif de la figure 1; et la figure 4 représente une armature extérieure du dispositif de la figure 1; la figure 5 est une vue en coupe axiale du dispositif de la figure 1; la figure 6 représente d'articulation selon une première réalisation de la présente invention; la figure 7 représente d'articulation selon une deuxième réalisation de la présente invention; la figure 8 représente un dispositif d'articulation selon une troisièn.e variante de réalisation de la présente invention; - la figure 9 est une représentation graphique montrant une courbe statique du dispositif de la figure un dispositif variante de un dispositif variante de - la figure 10 est une représentation graphique montrant une courbe dynamique du dispositif de la figure 1; - la figure 11 est une vue en perspective, avec arrachement d'un dispositif d'ar-:iculation avec précharge selon une quatrième variante de la présente invention; - la figure 12 représente un module de filtration du dispositif de la figure 11; - la figure 13 représente un module de fermeture du dispositif de la figure 11; et la figure 14 représente une armature extérieure du dispositif de la figure 11. En référence aux figures 1 et 5, un dispositif d'articulation hydroélastique à effet axial 1 comprend un module de filtration 10, deux modules de fermeture 20 s'étendant aux deux extrémités du module de filtration et un module de liaison 100 adapté à renfermer ces trois modules. L'ensemble du dispositif présente globalement une symétrie de révolution autour d'un axe de sollicitation 200. En référence à la figure 2, un module de filtration 10 comprend une armature intérieure 8C et une armature extérieure 70 globalement tubulaires à l'exception de parties centrales 71 et 81 de ces armatures qui seront décrites plus en détail par la suite. Une masse de matière élastomère 90 s'étend entre ces deux armatures, ainsi qu'il sera décrit plus en détails par la suite. Les armatures intérieure et extérieure de ce module de filtration sont obtenues, par exemple, par décolletage d'acier ou d'aluminium, par moulage d'aluminium, par moulage de plastique pour l'armature extérieure ou par surmoulage de plastique sur une armature métallique pour l'armature intérieure. En référence à la figure 3, un module de fermeture comprend une armature extérieure annulaire 23 et une armature intérieure tubulaire 21 entre lesquelles s'étend une masse de matière élastomère 22 formant membrane. L'armature intérieure tubulaire 21 est de diamètre intérieur adapté à l'emmanchement de l'armature intérieure 80 du module de filtration. L'armature extérieure annulaire 23 est de diamètre extérieur égal au diamètre extérieur de l'armature extérieure tubulaire 70 du module de filtration. Par exemple, l'armature intérieure tubulaire est réalisée par un insert en acier, en aluminium ou en plastique. Cette armature peut être dudgeonnée. L'armature extérieure est réalisée par décolletage d'acier ou d'aluminium, par emboutissage d'acier ou d'aluminium ou par moulage de plastique ou d'aluminium. En référence à la figure 4, un module de liaison 100 est généralement de forme tubulaire de diamètre intérieur adapté à l'emmanchement de l'armature extérieure tubulaire du module de filtration et des armatures extérieures annulaires des modules de fermeture. Une extrémité de ce module est emboutie vers l'intérieur de manière à former un rebord intérieur 103 s'étendant radialement. L'autre extrémité de ce module est emboutie vers l'extérieur de manière à former un rebord extérieur s'étendant radialement. Une butée supérieure d'articulation 102 en matériau élastomère est adhérisée sur le rebord intérieur tandis que, à l'autre extrémité, une butée inférieure d'articulation 105 est adhérisée sur le rebord extérieur. Ces butées forment butées de saturation en attaque et en détente. Des pattes 104 sont découpées dans le rebord extérieur et rabattues vers l'intérieur du module 10D. Dans l'exemple représenté, quatre pattes 104 sont découpées à intervalle régulier. Ce module de liaison, obtenu par emboutissage, est avantageusement en aluminium ou acier. Le dispositif d'articulation hydroélastique est avantageusement fabriqué de la manière suivante. Tout d'abord, les modules de filtration, de fermeture et de liaison sont moulés. Ensuite, les modules de fermeture sont assemblés sur le module de filtration et le tout est inséré dans le module de liaison. L'assemblage est parfait par sertissage des pattes 104. Le module de liaison 100 est adapté à immobiliser radialement l'armature extérieure 70 du module de filtration 10 et les armatures extérieures 23 des modules de fermeture. Par ailleurs, après sertissage des pattes 104, le module de liaison est également adapté à immobiliser axialement les armatures extérieures 23 des modules de fermeture. Les armatures intérieure 80 et extérieure 70 du module de filtration sont pourvues de parties centrales 81 et 71 formant des zones d'appui inclinées en chevron pour reprendre une précharge axiale. Une partie centrale 81 s'étend radialement en saillie sur la paroi extérieure de l'armature intérieure 80. Elle s'étend entre deux parois radiales 83 et 84, la paroi 83 étant plus grande que la paroi 84, et comprend une partie d'appui de forme globalement tronconique définissant une surface d'appui inclinée par rapport à l'axe. La partie d'appui est prolongée au niveau de sa petite extrémité par une partie cylindrique 82 allant jusqu'à la paroi radiale 84. En pratique, la surface d'appui n'est pas droite mais légèrement incurvée vers l'extérieur. Une partie centrale 71 s'étend radialement en saillie sur la paroi intérieure de l'armature extérieure 80. Elle s'étend jusqu'à une paroi radiale 74 et présente une surface d'appui inclinée s'étendant sensiblement parallèlement à la sur:Eace d'appui 81 jusqu'à un nez incurvé 72 terminé par la paroi radiale 74. Comme la surface d'appui de l'armature intérieure, la surface d'appui n'est pas droite mais légèrement incurvée vers l'extérieur. Les surfaces d'appui des parties 71 et 81 s'étendent sensiblement parallèlement en regard l'une de l'autre, de sorte que, radialement, une partie d'extrémité de la surface d'appui de la partie 81 se trouve au niveau de la surface intérieure cylindrique de l'armature extérieure 70 et une partie d'extrémité, de l'autre côté, de la surface d'appui de la partie 71 se trouve au niveau de la partie en saillie cylindrique 82 de l'armature intérieure 80. Une masse de matière élastomère 90 s'étend entre les armatures 70 et 80 et plus particulièrement entre les surfaces d'appui des parties centrales 71 et 81. Ainsi qu'on le voit bien sur la figure 5, la masse élastomère est fixée à toute la surface intérieure de l'armature extérieure 70 et sur toute la surface extérieure de la partie en saillie de l'armature intérieure 80, y compris sa partie cylindrique 82. Toutefois, des évidements 91 et 92 sont ménagés aux deux extrémités de cette masse élastomère 90 de sorte que la partie de cette masse qui relie les armatures intérieure et extérieure s'étende sensiblement entre les surfaces d'appui inclinées des parties centrales 71 et 81. Des chambres 40 et 50 adaptées à recevoir un liquide d'amortissement sont ménagées entre les extrémités du module de filtration et les modules de fermeture. Plus précisément, la chambre 50 est délimitée d'une part par la paroi radiale 83 de l'armature intérieure 80 et la masse de matière élastomère 90 dont une partie recouvre la paroi intérieure de l'armature extérieure 70 jusqu'à la membrane élastomère 22 et d'autre part par la membrane élastomère 22. Une partie de la paroi extérieure cylindrique de l'armature 80 et l'extrémité de l'armature tubulaire 21 du module de fermeture 20 complètent les parois de cette chambre. La chambre 40 est délimitée d'une part par la paroi radiale 84 de l'armature intérieure 80 et la masse de matière élastomère 90 dont une partie recouvre la paroi intérieure de l'armature extérieure 70 et s'étend jusqu'à la membrane élastomère 22 et d'autre part par la membrane élastomère 22. Une partie de la paroi extérieure cylindrique de l'armature 80 et l'extrémité de l'armature tubulaire 21 du module de fermeture 20 complètent les parois de cette chambre. Au moins un canal 60 relie les deux chambres 40 et 50. Ce canal est ménagé entre l'armature extérieure 70 du module de filtration et le corps cylindrique du module de liaison 100. L'ensemble constitué par les chambres et le canal est rempli de liquide, généralement de l'antigel, pour former un ensemble d'amortissement. Cet ensemble peut être légèrement sur-rempli (surpression). Le montage peut se faire en immersion dans une piscine remplie de liquide antigel. Avantageusement néanmoins, le remplissage s'effectue sous vide par un orifice percé à travers le module 100 et obturé ultérieurement par une bille ou un rivet étanche. Le dispositif d'articulation hydroêlastique à effet axial 1 est conçu pour accepter une précharge axiale. Pour cela, les surfaces d'appui des parties centrales 71 et 81 sont inclinées de manière à converger vers l'axe 200 dans un sens de charge. Autrement dit la précharge axiale s'exerce sur l'extrémité du dispositif 1 du côté de la chambre 50. Le dispositif d'articulation hydroélastique selon l'invention fonctionne globalement comme une cale hydroélastique de type connu avec deux chambres reliées par une colonne de liquide et passage alternatif du liquide dans au moins un canal 60 de dimensions telles que la masse liquide qui le traverse a une fréquence de résonnance f0. La raideur du dispositif est réalisée par le module filtration caoutchouc. La différence consiste notamment dans le fait que ce dispositif peut accepter une précharge axiale et avoir des débattements autour de la précharge. Ces débattements peuvent être symétriques ou dissymétriques. Les butées de saturation en attaque et détente peuvent être sous contrai:zte sur véhicule pour éviter des chocs et améliorer l'endurance. La figure 10 représente une courbe montrant la raideur dynamique en N/mm en fonction de la fréquence en Hertz et une courbe montrant la valeur tani) en fonction de la fréquence en Hertz. En référence à la première courbe, le dispositif d'articulation hydroélastique à effet axial soumis à une précharge axiale permet de minimiser la rigidification dynamique dans une plage de fréquence se trouvant entre 1 Hz et une fréquence f3 inférieure à la fréquence de résonance f0. Elle permet de bénéficier du creux de raideur, correspondant à la contre-résonance, se trouvant à une fréquence f2 inférieure à f3. Par ailleurs, en référence à la seconde courbe, l'amortissement maximum (tank max) est obtenu à la fréquence de résonance f0. La figure 6 représente une première variante de réalisation de la présente invention. Dans cette variante, un canal ou des canaux 160 reliant les chambres sont ménagés non pas entre l'armature extérieure du module de filtration et le corps cylindrique mais à travers la partie centrale en saillie de l'armature intérieure du module de filtration. La figure 7 représente une seconde variante de réalisation de la présente invention. Dans cette variante, des collerettes 200 sont installées dans le module de liaison, aux deux extrémité du dispositif, afin de recouvrir l'armature extérieures 223 de chacun des modules de fermeture ainsi qu'au moins une partie de la masse élastomère formant membrane de chacun de ces modules. Un léger jeu est ménagé entre la collerette et la membrane de manière à autoriser un débattement axial de la membrane par rapport à la collerette et à permettre ainsi un découplage des fonctions d'amortissement mécanique et hydraulique. Notamment, lorsque le dispositif d'articulation est soumis à des sollicitations de faibles amplitudes, le jeu existant entre membranes et collerettes permet que le phénomène hydraulique de déplacement de liquide d'une chambre d'amortissement vers l'autre ne se produise pas. En d'autres termes, le phénomène d'amortissement hydraulique ne se déclenche que pour des vibrations dont l'amplitude est supérieure à un certain seuil. Cela permet d'éviter le phénomène de rigidification dynamique pour des sollicitations de faibles amplitudes et de fréquences élevées. Cet effet de découplage dû aux collerettes est décrit en détail dans la demande de brevet FR 2 841 621 précitée. La figure 8 représente une troisième variante de réalisation de la présente invention. Dans cette variante, deux modules de fermetures différents sont mis en oeuvre. Un module de fermeture supérieur 320 est similaire au module de fermeture décrit dans les autres variantes de réalisation. Un module de fermeture inférieur comporte, moulé sur son armature extérieure de ce module la butée inférieure 305 de l'articulation. Une fois les deux modules installés de part et d'autre du module de filtration, l'assemblage est réalisé au moyen de pattes de sertissage 340. Les chambres sont ensuite remplies, avantageusement avec une légère surpression. Cette variante évite dans certains cas des problèmes de fuites lors de l'emmanchement de l'articulation dans son logement. Plus généralement, les butées de saturation peuvent être ménagées sur des pièces autres que le corps du module de liaison, comme par exemple sur des rondelles ou sur les extrémités du logement de l'articulation. Cela permet là encore, dans certains cas, d'éviter des problèmes de fuite lors de l'emmanchement de l'articulation dans son logement et rend l'assemblage de l'articulation plus facile. Les figures 11 à 14 représentent une quatrième variante de la présente invention En référence à la figure 11,, un dispositif d'articulation hydroélastique à effet axial 401 comprend un module de filtration, un module de fermeture s'étendant à une extrémité du module de filtration et un module formant à la fois module de fermeture et module de liaison. En référence à la figure 12, le module de filtration est similaire au module de filtration décrit en référence à la figure 2. En référence à la figure 13, un module de fermeture comprend une armature extérieure 423 et une armature intérieure tubulaire 421 entre lesquelles s'étend une masse de matière élastomère 422 formant membrane. L'armature intérieure tubulaire 421 est de diamètre intérieur adapté à l'emmanchement de l'armature intérieure 480 du module de filtration. L'armature extérieure 423 comprend un corps annulaire et un rebord coudé. Le corps annulaire est de diamètre extérieur égal au diamètre extérieur de l'armature extérieure tubulaire 470 du module de filtration. Le rebord coudé s'étend d'abord sensiblement axialement puis radialement vers l'extérieur de manière à définir une surface annulaire décalée axialement sur laquelle est adhérisée la butée inférieure d'articulation 405. Par exemple, l'armature intérieure tubulaire est réalisée par un insert en acier, en aluminium ou en plastique. Cette armature peut être dudgeonnée. L'armature extérieure est réalisée par décolletage d'acier ou d'aluminium, par emboutissage d'acier ou d'aluminium ou par moulage de plastique ou d'aluminium. En référence à la figure 14, un module de liaison et de fermeture comprend une armature extérieure 401 et une armature intérieure tubulaire 431 entre lesquelles s'étend une masse de matière élastomère 432 formant membrane. L'armature intérieure 431 est de forme tubulaire de diamètre intérieur adapté à l'emmanchement de l'armature intérieure 480 du module de filtration. L'armature extérieure 401 est de forme tubulaire de diamètre intérieur adapté à l'emmanchement de l'armature extérieure tubulaire du module de filtration. Une extrémité de cette armature extérieure est emboutie vers l'intérieur de manière à former un rebord intérieur s'étendant radialement. L'autre extrémité de cette armature est emboutie vers l'extérieur de manière à former un rebord extérieur s'étendant radialement. Le rebord extérieur forme épaulement contre lequel la surface extérieure annulaire décalée axialement du module de fermeture peut venir porter. Le rebord intérieur forme support sur lequel sont adhérisées, d'une part la membrane 432 et d'autre part la butée supérieure d'articulation 402. Des pattes 406 sont ménagées dans le prolongement du rebord extérieur. Ces pattes peuvent être rabattues sur la surface inférieure du module de fermeture, par exemple entre deux blocs élastomères de la butée inférieure d'articulation 405, de manière à verrouiller l'ensemble des éléments du dispositif d'articulation 401. Dans l'exemple représenté, quatre pattes 406 so:at découpées à intervalle régulier. L'armature extérieure du module de liaison et de fermeture est avantageusement obtenue par emboutissage d'aluminium ou d'acier. La membrane 432 est moulée en même temps que la butée de saturation 402. L'armature intérieure 431 est avantageusement réalisée par un insert en acier, en aluminium ou en plastique. Cette armature peut être dudgeonnée. Il convient de noter que l'armature intérieure 431 peut avoir des dimensions différentes que l'armature intérieure 421 du module de fermeture. Le dispositif d'articulation hydroélastique 401 est avantageusement fabriqué de la manière suivante. Une première opération de moulage permet d'obtenir le module de filtration. Une seconde opération de moulage permet d'obtenir le module de fermeture. Une troisième opération de moulage permet d'obtenir le module de liaison et de fermeture. Tout d'abord, le module de fermeture est assemblé sur le module de filtration. Ensuite, l'ensemble est assemblé avec le module de liaison et de fermeture et est rempli avec le liquide. Les différents éléments sont maintenus ensemble avec les pattes de sertissage. L'assemblage peut être légèrement sur-rempli, c'est-à-dire rempli en surpression. Cette variante évite dans certain cas des problèmes de fuites lors de l'emmanchement de l'articulation dans son logement. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet. 16 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'articulation hydroélastique à effet axial (1) comprenant: - un module de filtration (10) s'étendant axialement et constitué d'une armature extérieure (70) et d'une armature intérieure (80) reliées par une masse de matière élastomère (90) ; - deux modules de fermeture coaxiaux (20; 320, 330) disposés aux deux extrémités du module de filtration et constitués chacun d'une armature extérieure (23) et d'une armature intérieure (21) reliés par une masse de matière élastomère (22) formant membrane; - deux chambres (40, 50) adaptées à recevoir un liquide d'amortissement ménagées entre les extrémités du module de filtration et les modules de fermeture; et - au moins un canal (60) reliant lesdites chambres, caractérisé en ce que: lesdites armatures intérieure et extérieure dudit module de filtration présentent des zones d'appui (81, 71) inclinées par rapport à l'axe de manière à converger vers ce dernier dans un sens de charge dudit dispositif, ladite masse de matière élastomère s'étendant entre lesdites zones d'appui, de manière à ce que ledit dispositif d'articulation puisse accepter une précharge axiale. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces d'appui desdites zones d'appui (81, 71) s'étendent sensiblement parallèlement. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la zone d'appui (81) de ladite armature intérieure (80) a une forme sensiblement tronconique. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites armatures (70, 80) dudit module de filtration sont de forme globalement cylindriques à l'exception de leurs parties centrales (71, 81) formant lesdites zones d'appui. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacun desdits modules de fermeture (20) comprend une armature intérieure (21) de forme cylindrique et une armature extérieure (23) de forme annulaire. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif d'articulation (1) comprend un module de liaison (100) adapté à immobiliser radialement l'armature extérieure (70) dudit module de filtration (10) et les armatures extérieures (23) desdits modules de fermeture (20). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit module de liaison (100) est également adapté à immobiliser axialement lesdites armatures extérieures (23) desdits modules de fermeture (20). 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit module de liaison (100) comprend un corps cylindrique (101) de diamètre intérieur adapté à recevoir ladite armature extérieure (70) dudit module de filtration (10) et lesdites armatures extérieures (23) desdits modules de fermeture (20). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ledit module de liaison (100) comprend des moyens d'immobilisation axiale desdites armatures extérieures desdits modules de fermeture comprenant des pattes rabattables par sertissage (104; 340). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que ledit au moins un canal (60) est ménagé entre ladite armature extérieure (70) dudit module de filtration (10) et un corps cylindrique (101) dudit module de liaison (100).