Brevet FR2938618A1 — publié le 20100521

RESSORT DE TORSION A RAIDEUR MULTIPLE. La présente invention concerne un ressort de torsion à raideur multiple, en particulier un ressort de torsion de type ressort spiral ou hélicoïdal pour la torsion. Les ressorts de torsion s'emploient pour donner un moment de force lors d'un déplacement angulaire. Ils s'utilisent le plus souvent autour d'un axe, ils peuvent donner ou garder de l'énergie selon qu'ils ont été chargés dans le sens ou à contresens de l'enroulement. Le champ d'application des ressorts de torsion est très vaste. Le ressort spiral type, à spires non jointives, est un ressort de torsion, qui est composé d'un ruban de section rectangulaire encastré à une extrémité et solidaire à l'autre extrémité d'un axe perpendiculaire au plan d'enroulement. Le ressort hélicoïdal pour la torsion est un ressort semblable à un ressort hélicoïdal de traction-compression à très faible angle d'hélice, ou à un ressort de traction à spires jointives, mais qui fonctionne différemment en augmentant l'angle de rotation de l'extrémité libre par rapport à l'extrémité fixe sous l'effet de la charge. Les efforts et déplacements se situant sensiblement dans un plan (perpendiculaire à l'axe d'enroulement), en particulier pour le ressort de type spiral, on désigne également une majorité de ces ressorts de torsion par le terme de ressorts plats. De façon générale, un ressort exerce une force proportionnelle à son allongement. Ce facteur de proportionnalité � k � est le coefficient de raideur, exprimé en N.m-1. Dans le cas d'un ressort de torsion, la raideur angulaire détermine la résistance exercée par le ressort pendant son utilisation, l'unité de raideur angulaire étant le newton * mm/degré. Les ressorts de torsion, de type ressort spiral, ressort hélicoïdal pour la torsion ou ressort plat, sont réalisés en un seul matériau, et présentent, par conséquent, un coefficient de raideur unique, déterminé, lié aux propriétés du matériau. On a déjà cherché à réaliser des ressorts en plusieurs parties et matériaux différents, de façon à leur conférer une raideur variable. Ainsi, à titre d'exemple, le document GB 270 169 décrit un ressort hélicoïdal réalisé à partir d'un tube métallique, qui contient un ou plusieurs tubes internes et/ou une tige ou barre métallique disposés de manière concentrique, ce qui a pour effet une distribution plus uniforme de la contrainte de torsion et un meilleur amortissement des vibrations. A titre d'exemple également, le document US 4 640 500 décrit un agencement de ressort hélicoïdal à fort amortissement, qui comprend, d'une part, un premier ressort hélicoïdal ayant une pluralité de spires, les deux extrémités dudit premier ressort étant adaptées pour supporter en fonctionnement une charge, et, d'autre part, un second ressort hélicoïdal, qui présente sensiblement le même diamètre de spire que le premier ressort et qui a également une pluralité de spires. Le second ressort hélicoïdal présente la forme d'un ressort tubulaire. Les spires du ressort tubulaire sont disposées de manière concentrique à chacune des spires du premier ressort et en contact par friction avec ces dernières. Le second ressort hélicoïdal est de plus petite longueur que le premier ressort, de sorte que les extrémités du second ressort ne sont pas adjacentes aux extrémités du premier ressort et ne viennent pas en contact avec la charge supportée par les extrémités de ce dernier. Ainsi, lorsque le premier ressort est comprimé ou étiré, il n'y a pas de mouvement de torsion relatif entre les spires des deux ressorts, ce mouvement relatif n'apparaissant qu'immédiatement après l'affaiblissement du contact par friction qui existe le long de la surface d'affleurement entre les deux ressorts. De cette façon, le second ressort se désengage d'un mouvement de torsion supplémentaire des spires temporairement déformées du premier ressort. Cet agencement crée un dispositif générateur de friction et dissipateur d'énergie. De plus, il y a amortissement du mouvement axial relatif de la combinaison formée par les deux ressorts. A titre d'exemple encore, le document FR 08 54 088 décrit un agencement de spires de ressort hélicoïdal à raideurs multiples, qui comprend un premier ensemble de spires d'une première raideur déterminée s'étendant le long d'un axe et au moins un deuxième et un troisième ensembles de spires de raideurs déterminées différentes, qui sont de même axe que le premier ensemble et agencés à l'intérieur dudit premier ensemble. Les raideurs des deuxième et troisième ensembles de spires sont supérieures à la raideur du premier ensemble, de façon que l'un des deuxième et troisième ensembles de spires de raideur inférieure à la raideur de l'autre ensemble de spires puisse se comprimer ou s'étirer en premier. De plus, l'ensemble de spires de plus faible raideur des deuxième et troisième ensembles de spires a un certain nombre de spires compris concentriquement dans des spires de l'ensemble de spires de plus forte raideur et le long de ce dernier. Toutefois, ces ressorts à raideur variable ou multiple, connus de l'art antérieur, ne sont pas des ressorts de torsion, de type ressort plat, ressort spiral ou ressort hélicoïdal pour la torsion. Le but de la présente invention est de fournir un ressort de torsion, de type ressort spiral ou ressort hélicoïdal pour la torsion, qui soit à raideur multiple. Un autre but de la présente invention est de fournir un tel ressort de torsion, qui soit paramétrable, c'est-à-dire un ressort pour lequel on puisse notamment paramétrer la dynamique de l'effort de rappel et les forces à associer pour provoquer sa rotation. Enfin, c'est également un but de la présente invention de fournir un tel ressort de torsion à raideur multiple, qui soit de conception, de réalisation et de fonctionnement simple, qui soit, de manière générale, fiable et économique. Pour parvenir à ces buts, la présente invention conçoit un nouveau ressort de torsion à raideur multiple, en particulier de type ressort spiral ou de type ressort hélicoïdal pour la torsion, et ce nouveau ressort est constitué d'un ressort creux, désigné ressort enveloppe, réalisé dans un matériau d'un coefficient de raideur déterminé, ledit ressort creux servant d'enveloppe dans lequel sont placés sensiblement bout à bout au moins deux ressorts internes réalisés dans des matériaux de coefficients de raideur différents entre eux et différents du coefficient de raideur du ressort enveloppe. Selon le mode préféré de réalisation de l'invention, les coefficients de raideur des ressorts internes sont supérieurs au coefficient de raideur du ressort enveloppe, et les coefficients de raideur des ressorts internes sont de valeur décroissante du ressort interne le plus proche du centre ou point fixe vers le ressort interne le plus proche de l'extrémité libre. Selon le mode préféré de réalisation de l'invention également, les ressorts internes, qui sont placés bout à bout dans le ressort enveloppe, s'emboîtent par une de leurs extrémités, de façon à rigidifier l'ensemble du ressort. Le ressort enveloppe est, de préférence, en acier inoxydable, et les ressorts internes sont réalisés, de préférence, dans un matériau choisi parmi les matériaux suivants : acier non allié tréfilé à froid, acier non allié trempé à l'huile non revenu. Les ressorts internes peuvent avantageusement être revêtus d'une graisse, de façon à limiter les frictions avec la paroi interne du ressort enveloppent. L'enveloppe constitutive du ressort enveloppe peut 5 être avantageusement fermée par soudure ou par insertion d'une capsule par presse hydraulique. De préférence, les ressorts internes du ressort de type spiral sont placés à l'intérieur du ressort enveloppe en partant du centre vers l'extérieur du 10 ressort enveloppe. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit de plusieurs exemples de réalisation de l'invention, non limitatifs de l'objet et de la portée de la présente 15 demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe, schématique, d'un exemple de réalisation d'un ressort spiral à raideur multiple, selon la présente invention, - les figures 2A et 2B sont des vues de face et 20 latérale, respectivement, d'un exemple de réalisation d'un ressort à raideur multiple, de type hélicoïdal pour la torsion, selon la présente invention, et - les figures 3 et 4 représentent, de manière schématique, le mode de jonction de deux ressorts 25 internes, selon la présente invention. En référence au dessin de la figure 1, on a représenté un premier exemple de réalisation d'un ressort à raideur multiple, de type ressort spiral. Le ressort de la figure 1 présente la forme d'un 30 ressort spiral type, à spires nombreuses (trois spires) et non jointives et donc sans frottement, fixe à une extrémité A et solidaire à l'autre extrémité B d'un axe perpendiculaire au plan d'enroulement. Le ressort peut, en variante, être fixe à son extrémité B et mobile en 35 rotation à son autre extrémité A sous l'action d'un couple. A titre d'exemple, le sens d'application de l'effort est illustré par la flèche R. Selon le principe de la présente invention, le ressort est constitué, d'une part, d'un premier ressort, désigné ressort enveloppe et référencé 1, creux comme une structure de tuyau, et d'autre part, de deux ressorts 2 et 3, situés à l'intérieur du ressort enveloppe 1 et sur toute la longueur de ce dernier, et assemblés bout à bout l'un à l'autre. Les coefficients de raideur respectifs k2 et k3 des matériaux des deux ressorts différents l'un de l'autre, du coefficient de raideur enveloppe 1. De manière plus précise,internes 2 et 3 sont sont, de plus, différents du matériau du ressort on a dans l'exemple ici et kl décrit, non limitatif de l'objet et de la portée de la 15 présente invention, la relation suivante entre les différents coefficients de raideur : K2 > k3 > k1 20 Ainsi, en partant de l'extrémité B jusqu'à l'extrémité A, les coefficients de raideur des ressorts internes 2 et 3 ont des valeurs décroissantes, le coefficient de raideur - désigné aussi � raideur � dans la suite du texte - du ressort enveloppe 1 étant plus 25 faible que la plus faible des raideurs des ressorts internes 2 et 3. On va décrire maintenant le fonctionnement et la cinématique du ressort de la figure 1. Le ressort 2 commence à se tordre lorsque le ressort 3, de raideur 30 inférieure, est en butée. Le ressort enveloppe 1, de raideur kl inférieure à celle de l'un et l'autre des ressorts internes, n'intervient pas directement parce qu'il rajoute une composante constante quelque soit l'enfoncement. 35 Chaque matériau de ressort interne est choisi pour répondre, de manière optimale, à une � situation de vie � donnée. On peut imaginer, à titre d'exemple d'application du ressort de l'invention à une suspension de roue arrière à barre et ressort de torsion, que le travail du ressort de torsion dans les situations � normales � s'applique exclusivement sur le ressort 3, le ressort 2, de coefficient de raideur plus élevé, ne couvrant que les situations de vie d'accostage de butée mécanique. On peut imaginer aussi d'utiliser le ressort 3 pour une situation de vie donnée, par exemple le système à vide, et utiliser les deux ressorts 2 et 3 pour une situation de vie différente, par exemple le système chargé. Le ressort 3 n'est alors pas dimensionné pour couvrir la situation de vie dans laquelle le système est chargé, il est adapté uniquement à la situation de vie du système à vide. De cette façon, on réduit les phénomènes d'oscillations, ce qui a pour résultat d'améliorer le confort. Sur le dessin de la figure 2, on a représenté un autre exemple de réalisation d'un ressort de torsion, selon la présente invention. Il s'agit d'un ressort de type hélicoïdal pour la torsion, de forme semblable à celle d'un ressort hélicoïdal de traction-compression à très faible angle d'hélice ou à celle d'un ressort de traction à spires jointives, mais fonctionnant différemment en torsion, c'est-à-dire en augmentant l'angle de rotation � de son extrémité libre A' sous l'effet d'une force représentée par la flèche F. B' désigne l'extrémité fixe du ressort. A titre d'exemple, le ressort de torsion de la figure 2 est un ressort à quatre spires jointives à très 30 faible angle d'hélice � �. Selon le même principe que celui exposé précédemment en regard du ressort de la figure 1, le ressort de la figure 2 est constitué, d'une part, d'un premier ressort, désigné ressort enveloppe et référencé 35 11, creux comme une structure de tuyau, et d'autre part, de deux ressorts 12 et 13, situés à l'intérieur du ressort enveloppe 11 et sur toute la longueur de ce dernier, et assemblés bout à bout l'un à l'autre. Les coefficients de raideur respectifs k12 et k13 des matériaux des deux ressorts internes 12 et 13 sont différents l'un de l'autre, et sont, de plus, différents du coefficient de raideur k11 du matériau du ressort enveloppe 11. De la même façon que précédemment, on a la relation suivante : K12 >k13 > k11 Le fonctionnement et la cinématique du ressort de la figure 2 sont semblables au fonctionnement et à la cinématique du ressort de la figure 1. Ainsi, le ressort 12 commence à se tordre lorsque le ressort 13, de raideur inférieure, est en butée. Le ressort enveloppe 11, de raideur k11 inférieure à celle de l'un et l'autre des ressorts internes 12 et 13, n'intervient pas directement parce qu'il rajoute une composante constante quelque soit l'enfoncement. Dans les deux exemples des figures 1 et 2, le ressort enveloppe 1, respectivement 11, est réalisé en matière inoxydable, de sorte qu'il résiste mieux à la corrosion. A titre d'exemples non limitatifs de l'objet et de la portée de la présente invention, l'acier inoxydable choisi peut être un acier AISI 302 ou bien un acier AISI 316, qui sont des aciers inoxydables austénitiques d'usage général. Dans les deux exemples des figures 1 et 2 également, les ressorts internes 2 et 3, respectivement 12 et 13, on peut avantageusement utiliser des aciers non alliés, tréfilés dur à froid, désignés EN 10270-1 sous la norme européenne, ou bien des aciers non alliés, trempés à l'huile et revenus, désignés EN 10270-1 sous la norme européenne, qui sont des matériaux connus en soi pour la réalisation de ressorts de torsion. Ce sont des aciers qui présentent une faible résistance à la corrosion, mais les ressorts internes sont situés dans une zone étanche et fermée par le ressort enveloppe. La liaison entre deux ressorts internes est représentée sur les figures 3 et 4, sur lesquelles on a représenté, à titre d'exemple, les ressorts internes 2 et 3 du ressort spiral de la figure 1. Les ressorts internes 2 et 3 viennent � bout à bout � s'emboîter pour rigidifier l'ensemble. Le mode d'emboîtage est, à titre d'exemple, un assemblage de type assemblage manchon et tube de centrage. Les ressorts internes 2, 3 (figure 1), respectivement 12, 13 (figure 2), peuvent être revêtus d'une graisse, de façon à limiter les frictions avec la paroi interne du ressort enveloppe 1 (figure 1), respectivement 11 (figure 2). L'enveloppe constitutive du ressort enveloppe 1 ou 11 peut être fermée par soudure, ou par insertion d'une capsule par presse hydraulique. Dans le procédé de réalisation des ressorts de l'invention, les ressorts internes 2, 3 du ressort de type spiral sont placés à l'intérieur du ressort enveloppe en partant du centre B vers l'extérieur A du ressort enveloppe 1 (figure 1). Les ressorts de torsion décrits ci-dessus présentent de nombreux avantages, parmi lesquels les avantages suivants . ils ont une raideur multiple, c'est-à-dire plusieurs coefficients de raideur, cette multiplicité résultant de la multiplicité des matériaux utilisés, par un choix judicieux des différents coefficients de raideur et de la longueur des ressorts internes, on peut paramétrer la dynamique de l'effort de rappel des ressorts, et les forces à associer pour provoquer leur rotation. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ci-dessus à titre d'exemples ; d'autres modes de réalisation peuvent être conçus par l'homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS1. Ressort de torsion à raideur multiple, en particulier de type ressort spiral ou de type ressort hélicoïdal pour la torsion, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un ressort creux (1 ; 11), désigné ressort enveloppe, réalisé dans un matériau d'un coefficient de raideur (k1 ; k11) déterminé, ledit ressort creux (1 ; 11) servant d'enveloppe dans lequel sont placés sensiblement bout à bout au moins deux ressorts internes (2, 3 ; 12, 13), qui sont réalisés dans des matériaux de coefficients de raideur (k2, k3 ; k12, k13) différents entre eux et différents du coefficient de raideur (k1 ; k11) du ressort enveloppe (1, 11). 2. Ressort de torsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les coefficients de raideur (k2, k3 ; k12, k13) des ressorts internes (2, 3 ; 12, 13) sont supérieurs au coefficient de raideur (k1 ; k11) du ressort enveloppe (1 ; 11). 3. Ressort de torsion selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les coefficients de raideur des ressorts internes (2, 3 ; 12, 13) sont de valeur décroissante du ressort interne (2 ; 12) le plus proche du centre ou point fixe vers le ressort interne (3 ; 13) le plus proche de l'extrémité libre. 4. Ressort de torsion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les ressorts internes (2, 3 ; 12, 13) s'emboîtent par une de leurs extrémités, de façon à rigidifier l'ensemble. 5. Ressort de torsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort enveloppe (1 ; 11) est en acier inoxydable. 6. Ressort de torsion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits ressorts internes (2, 3 ; 12, 13) sont réalisés dans un matériau choisi parmi les matériaux suivants : acier nonallié tréfilé à froid, acier non allié trempé à l'huile non revenu. 7. Ressort de torsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ressorts internes (2, 3 ; 12, 13) sont revêtus d'une graisse, de façon à limiter les frictions avec la paroi interne du ressort enveloppe (1 ; 11). 8. Ressort de torsion selon l'une quelconque des revendications 1 et 5, caractérisé en ce que l'enveloppe constitutive du ressort enveloppe (1 ; 11) est fermée par soudure. 9. Ressort de torsion selon l'une quelconque des revendications 1 et 5, caractérisé en ce que l'enveloppe constitutive du ressort enveloppe (1 ; 11) est fermée par insertion d'une capsule par presse hydraulique. 10. Ressort de torsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ressorts internes (2, 3) du ressort de type spiral sont placés à l'intérieur du ressort enveloppe (1) en partant du centre vers l'extérieur du ressort enveloppe.