Brevet FR2951793A1 — publié le 20110429

La présente invention concerne un dispositif de liaison qui est destiné à relier un premier corps à un second corps et qui comporte des moyens d'amortissement aptes à amortir les vibrations mécaniques susceptibles d'être transmises entre les deux corps, dans le but de réaliser une isolation antivibratoire. On sait que pour réduire des vibrations, il est possible d'employer des ressorts pneumatiques qui, de façon usuelle, utilisent de l'air ou un autre gaz, tel que l'azote par exemple, pour agir sur un élément élastique. Un ressort pneumatique comporte un compartiment étanche sous pres- sion, dans lequel est confiné le gaz. Un tel ressort pneumatique est susceptible de supporter une charge externe grâce à sa pression interne. Un orifice est également prévu pour introduire ou extraire le gaz. De tels ressorts pneumatiques présentent de nombreux avantages par rapport à d'autres types d'amortisseurs, tels que des ressorts métalli- ques ou des amortisseurs en caoutchouc, et en particulier : une réduction du poids. La capacité de stockage d'énergie par unité de poids est beaucoup plus importante pour un ressort pneumatique que pour un ressort réalisé en un autre matériau tel que du fer ou du caoutchouc. Aussi, si la charge et la flexibilité requise sont importantes, l'utilisation de ressorts pneumatiques apporte généralement des réductions de poids significatives par rapport aux autres types de ressorts ; ù une déflexion statique nulle et un contrôle de hauteur. Aucune déflexion statique n'est requise avec des ressorts pneumatiques pour supporter la charge statique. Le gaz est simplement pressurisé à la valeur nécessaire pour supporter la charge. Cette caractéristique permet également d'utiliser un ressort pneumatique comme moyen d'actionnement ; la possibilité d'obtenir des valeurs de raideur extrêmement faibles, tout en maintenant une hauteur de ressort qui est relativement réduite. La raideur peut être réglée en choisissant le volume du ressort pneumatique et en connectant le ressort à un réservoir externe si nécessaire ; et aucune altération des propriétés des matériaux utilisés. Les ressorts pneumatiques ne souffrent pas de fluage, de déformation ou de fatigue, qui peuvent affecter d'autres types de ressorts, en particulier les ressorts à élastomère. Ces problèmes peuvent entraîner des déplacements statiques non souhaités et des modifications des propriétés de raideur 1 o et d'amortissement. Toutefois, malgré ces avantages, les ressorts pneumatiques pré-sentent des inconvénients qui font obstacle à leur utilisation dans certaines applications techniques. On sait que des déflexions statiques nulles peuvent être obtenues 15 avec des ressorts pneumatiques, lors de variations de charge statiques, si la pression est régulée. Toutefois, la variation requise en pression peut provoquer des modifications dans les propriétés de raideur du ressort pneumatique, et ces modifications de raideur peuvent être inacceptables dans certaines applications. 20 La présente invention a pour objet un dispositif de liaison qui per- met de remédier aux inconvénients précités. A cet effet, selon l'invention, ledit dispositif de liaison du type comportant des moyens d'amortissement qui sont en contact desdits premier et seconds éléments et qui sont destinés à réaliser une isolation 25 antivibratoire, est remarquable en ce que lesdits moyens d'amortissement comportent au moins deux ressorts pneumatiques qui sont montés parallèlement entre eux de sorte que la charge supportée par ledit dispositif de liaison est répartie entre lesdits ressorts pneumatiques, en ce que lesdits ressorts pneumatiques sont répartis en au moins deux groupes séparés, dont l'un fait partie d'un premier circuit pneumatique et l'autre d'un second circuit pneumatique, et en ce que lesdits premier et second circuits pneumatiques sont formés de manière à régler de façon indépendante, respectivement, la raideur et la hauteur des ressorts pneumatiques du dis- positif de liaison. On entend : par raideur, la résistance à la déformation élastique sous l'effet de charges, à savoir des efforts et des moments ; et par hauteur, la dimension des ressorts pneumatiques dans la direction ~o de la force qui s'exerce sur le dispositif de liaison. Ainsi, par ces réglages indépendants de la raideur et de la hauteur, il est possible de modifier l'un desdits paramètres (raideur, hauteur) sans modifier l'autre ou de maintenir constants ces deux paramètres lors d'une variation de la charge appliquée sur le dispositif de liaison. 15 De plus, grâce à l'invention, les moyens d'amortissement qui sont destinés à réaliser une isolation antivibratoire, c'est-à-dire à minimiser les vibrations transmises entre les deux corps liés ensemble par le dispositif de liaison, comportent des ressorts pneumatiques qui agissent mécanique-ment en parallèle. Grâce à cet agencement en parallèle, la charge suppor- 20 tée par le dispositif de liaison est répartie entre les différents ressorts pneumatiques. Ainsi, comme chaque ressort pneumatique doit supporter uniquement une partie de la charge, on est en mesure, dans des modes de réalisation particuliers, de réduire les dimensions du dispositif de liaison en prévoyant notamment un nombre suffisant de ressorts pneumatiques 25 montés en parallèle, ce qui permet d'obtenir un dispositif de liaison peu encombrant, et ceci quelle que soit la charge à supporter. Dans une première variante de réalisation, ledit premier circuit pneumatique est formé de manière à engendrer une raideur constante égale à une première valeur de raideur (constante), et ledit second circuit pneumatique est susceptible de modifier la hauteur en engendrant une raideur variable égale à une seconde valeur de raideur qui est très inférieure à ladite première valeur de raideur constante, au moins d'un rapport 1/10. Ainsi, en particulier lors d'une variation de la charge appliquée, on est en mesure de maintenir une raideur constante, grâce à l'action dudit premier circuit pneumatique, tout en pouvant régler, grâce à l'action dudit second circuit pneumatique, la hauteur des ressorts pneumatiques et donc dudit dispositif de liaison, c'est-à-dire sa taille selon la direction d'application de la force. Pour obtenir de tels réglages indépendants, il est donc nécessaire que la seconde valeur de raideur reste très inférieure à la première valeur de raideur de sorte que la raideur totale des ressorts pneumatiques parallèles (et donc du dispositif de liaison), qui est égale à la somme desdites première et seconde valeurs de raideur, reste approximativement constante, lors de la modification de la seconde valeur de rai- deur. En outre, dans une seconde variante de réalisation, ledit premier circuit pneumatique est formé de manière à engendrer une raideur variable qui est égale à une première valeur de raideur (variable) et ledit second circuit pneumatique compense toute modification de hauteur due au contrôle de la raideur par ledit premier circuit pneumatique, en engendrant une raideur appropriée égale à une seconde valeur de raideur qui est très inférieure à ladite première valeur de raideur variable (au moins d'un rapport 1/10). Ainsi, on est en mesure de modifier la raideur du dispositif de liai- son, grâce à l'action dudit premier circuit pneumatique, tout en maintenant une hauteur constante, grâce à l'action dudit second circuit pneumatique. Ces réglages indépendants sont possibles tant que la seconde va-leur de raideur reste très inférieure à la première valeur de raideur de sorte que la raideur totale des ressorts pneumatiques parallèles (et donc du dis- positif de liaison), qui est égale à la somme desdites première et seconde valeurs de raideur, reste approximativement constante, lors de la modification de la seconde valeur de raideur. La caractéristique essentielle de la présente invention est donc 5 l'utilisation d'au moins deux circuits pneumatiques distincts utilisant des groupes distincts de ressorts pneumatiques parallèles, dans le but de contrôler indépendamment la raideur et la hauteur des ressorts. Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulier, ledit dispositif de liaison à isolation antivibratoire comporte au moins deux seconds cir- cuits pneumatiques qui sont susceptibles de modifier la hauteur des ressorts pneumatiques associés, et ceci ù dans une première variante de réalisation, selon une même direction, l'un dans un sens, et l'autre dans l'autre sens ; et ù dans une seconde variante de réalisation, selon une même direction et un même sens. En outre, dans un autre mode de réalisation, lesdits premier et second circuits pneumatiques sont reliés entre eux de sorte que la pression de l'un dépend de la pression de l'autre. Dans ce cas, on peut former les deux circuits pneumatiques de sorte que la condition relative à la raideur soit toujours respectée. La présente invention concerne également un système de liaison qui comporte, en plus du dispositif de liaison précité, les deux corps qui sont reliés ensemble par ce dernier. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. Les figures 1 et 2 sont des schémas synoptiques de modes de réalisation préférés de dispositifs de liaison à isolation antivibratoire conformes à l'invention. Le dispositif de liaison 1 conforme à l'invention et représenté schématiquement sur la figure 1 est destiné à relier ensemble un premier corps à un second corps (non représentés), tout en réalisant une isolation antivibratoire, c'est-à-dire tout en évitant la transmission de vibrations d'un desdits corps (lorsqu'il vibre) vers l'autre corps. A cet effet, ledit dispositif 1 comporte des moyens d'amortissement 2 qui ont notamment pour objet d'empêcher la transmission de vibrations. Selon l'invention, lesdits moyens d'amortissement 2 comportent au moins deux ressorts pneumatiques 8 qui sont montés mécaniquement en parallèle de sorte que la charge (illustrée par une flèche F1) qui est supportée par ledit dispositif de liaison 1 est répartie entre ces ressorts pneumatiques 8. Sur les exemples des figures 1 et 2, les moyens d'amortissement 2 comportent uniquement deux ressorts pneumatiques 8. Bien entendu, ils peuvent en comporter plus de deux. De plus, selon l'invention, lesdits ressorts pneumatiques 8 sont ré-partis en au moins deux groupes G1 et G2 distincts, dont l'un G1 fait partie d'un premier circuit pneumatique Cl et dont l'autre G2 fait partie d'un second circuit pneumatique C2. Ces deux circuits pneumatiques Cl et C2 (au moins partiellement distincts) sont formés de manière à régler de façon indépendante, respectivement, la raideur et la hauteur des ressorts pneumatiques 8, en prévoyant des pressions internes différentes. On entend : ù par raideur, la résistance à la déformation élastique sous l'effet de charges, à savoir des efforts et des moments ; et ù par hauteur H, la dimension des ressorts pneumatiques 8, notamment dans la direction de ia force F1 qui s'exerce sur le dispositif de liaison Ainsi, par ces réglages indépendants de la raideur et de la hauteur H, le dispositif de liaison 1 est en mesure de modifier l'un desdits paramètres (raideur, hauteur) sans modifier l'autre, ou de maintenir constants ces deux paramètres notamment lors d'une variation de la charge appliquée sur ledit dispositif de liaison 1, et ceci quelle que soit la configuration des ressorts pneumatiques montés en parallèle. Chaque ressort pneumatique 8 comporte une enveloppe, par exemple de forme torique, qui est remplie d'un gaz sous pression, et est agencé en étant en contact par l'une 3 de ses deux faces opposées 3 et 5 d'un premier élément (ou support) 4A qui est solidaire dudit premier corps à lier et par l'autre face 5 d'un second élément (ou support) 6A qui est solidaire dudit second corps à lier. De préférence, les ressorts pneumatiques 8 sont formés d'une enveloppe en caoutchouc renforcée par un tissu spécial. Chaque ressort pneumatique 8 comporte, de plus, un orifice 7 permettant de faire entrer et sortir le gaz. Ainsi, grâce à l'invention, les moyens d'amortissement 2 qui sont destinés à réaliser une isolation antivibratoire, c'est-à-dire à minimiser les vibrations transmises entre les deux corps liés ensemble par le dispositif de liaison 1, comportent des ressorts pneumatiques 8 qui agissent mécaniquement en parallèle. Grâce à cet agencement en parallèle, la charge F1 supportée par le dispositif de liaison 1, qui est due en particulier au poids de l'un desdits corps s'il repose sur l'autre par l'intermédiaire du dispositif de liaison 1, est répartie entre les différents ressorts pneumatiques 8 prévus. Ainsi, comme chaque ressort pneumatique 8 doit supporter uniquement une partie de la charge, les dimensions desdits ressorts pneumatiques 8, et notamment les dimensions orthogonalement à la direction de la charge F1, sont réduites par rapport aux dimensions que devrait avoir un seul ressort pneumatique destiné à supporter seul la charge totale. Par conséquent, grâce à l'invention on est en mesure de réduire, dans certains modes de réalisation, les dimensions du dispositif de liaison 1 en prévoyant notamment un nombre suffisant de ressorts pneumatiques 8 montés en parallèle, ce qui permet d'obtenir un dispositif de liaison 1 à encombrement réduit, et ceci quelle que soit la charge à supporter. Un autre avantage de la présente invention provient du fait que la charge F1 est répartie entre les deux ressorts pneumatiques 8 selon leur pression interne et leur surface de contact, et ceci indépendamment de la hauteur de ces ressorts 8. Par conséquent, la fabrication de ces ressorts pneumatiques est facilitée, puisque, dans de nombreuses applications, il 1 o n'est pas nécessaire de tenir compte de tolérances de fabrication très strictes pour réaliser les ressorts pneumatiques 8. L'un des avantages d'un ressort pneumatique 8 est de pouvoir modifier la hauteur H à partir de la quantité d'air introduite dans le ressort pneumatique 8. Ainsi, il est possible d'éviter une déflexion statique lors- 15 que la charge change au cours du temps. Les ressorts pneumatiques 8 conformes à l'invention peuvent également être utilisés pour changer la position relative entre les deux corps connectés ensemble, le dispositif de liaison 1 pouvant dans ce cas être employé comme moyen d'actionnement. 20 Bien que pour des raisons de simplification du dessin, chaque circuit pneumatique Cl, C2 de la figure 1 comporte uniquement un ressort pneumatique 8, ils peuvent bien entendu en comporter chacun une pluralité. Le circuit pneurnatique Cl de la figure 1 qui est destiné à alimen- 25 ter en gaz via l'entrée 7 le ou les ressorts pneumatiques 8 du groupe G1, comporte : une source 13 usuelle d'air comprimé ; un réservoir externe 14 de gaz sous pression ; une valve 15 de réglage de la pression ; et ù des moyens 16 ajustables pour régler le flux de gaz (à destination ou en provenance du réservoir 14). De même, ledit circuit pneumatique C2 qui est destiné à alimenter en gaz via l'entrée 7 le ou les ressorts pneumatiques 8 du groupe G2, comporte : la source 13 d'air comprimé ; un réservoir externe 18 de gaz sous pression ; une valve 19 de réglage de la pression ; et ù des moyens 20 ajustables pour régler le flux de gaz (à destination ou en provenance du réservoir 18). Dans le mode de réalisation de la figure 1, lesdits circuits pneumatiques Cl et C2 comprennent une seule et même unité d'alimentation en gaz (source 13), ce qui permet de faciliter la réalisation du dispositif de liaison 1 et de réduire son encombrement. Le dispositif de liaison 1 conforme au mode de réalisation de la figure 1 (dans lequel les ressorts pneumatiques 8 sont agencés côte à côte) peut être employé selon des variantes d'utilisation différentes. Dans une première variante, le dispositif de liaison 1 a pour fonction de maintenir une raideur et une hauteur constantes, en particulier lors d'une variation de la charge appliquée. Dans ce cas, le circuit pneumatique Cl est maintenu à une pression approximativement constante par les moyens (valve 15) de réglage de la pression. De préférence, la valve 15 est fermée et on maintient la même pression (à une marge près) dans le circuit pneumatique Cl . Le volume total V1 du circuit pneumatique Cl (volume interne du ressort pneumatique 8 et du réservoir externe 14) peut être choisi pour obtenir la raideur souhaitée K1. Le réservoir 18 du circuit pneumatique C2 présente un volume important (bien plus élevé que celui du réservoir 14) de sorte que le volume total V2 correspondant est plus élevé que V1 et que la raideur K2 engendrée par le circuit pneumatique C2 reste très inférieure à ladite raideur K1. La pression P2 dans le circuit pneumatique C2 est régulée de manière à contrôler la hauteur du dispositif de liaison 1, par exemple pour éliminer des déplacements statiques lors de variations de charges statiques. Cette régulation est réalisée à l'aide d'un système 21 de contrôle de la hauteur H. Ce système 21 comporte un transducteur 22 qui mesure une différence de hauteur H et qui transmet cette valeur à la valve pneumatique 19 qui contrôle la pression afin de compenser la valeur mesurée. Ledit système 21 peut également comporter un moyen de contrôle électronique (non représenté) qui est agencé entre les moyens 22 et 19. Ainsi, dans cette première variante d'utilisation, la raideur K1 reste constante et la raideur K2 peut varier de manière significative lors du fonctionnement. Toutefois, comme la valeur K1 est beaucoup plus grande que la valeur K2 (de préférence au moins 10 fois plus grande), la raideur totale KT des ressorts pneumatiques 8 parallèles, qui est égale à KT = K1 + K2, reste approximativement constante. Dans une seconde variante d'utilisation, la raideur du dispositif de liaison 1 peut être variée sans modifier la hauteur. Dans ce cas, le circuit pneumatique Cl engendre une raideur variable qui est égale à une valeur de raideur K1 A et le circuit pneumatique C2 compense une modification de hauteur due au contrôle de la raideur par ledit circuit pneumatique Cl , en engendrant une raideur qui est égale à une valeur de raideur K2A qui est très inférieure à ladite valeur de raideur K1 A variable. Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulier (non repré- senté), le dispositif de liaison 1 comporte (en plus d'au moins un circuit pneumatique Cl destiné à régler la raideur) au moins deux circuits pneumatiques C2A et C2B destinés à régler la hauteur. Le ou les ressorts pneumatiques 8 du circuit pneumatique C2A sont agencés en opposition par rapport au ou aux ressorts pneumatiques 8 du circuit pneumatique C2B. Grâce à ce mode de réalisation particulier, on obtient un dispositif de liaison 1 qui comporte deux circuits pneumatiques C2A et C2B qui sont susceptibles de porter des charges dans les deux sens. Ils sont susceptibles de modifier tous deux la hauteur des ressorts pneumatiques selon la même direction, de préférence selon la direction d'application de la force F, mais l'un dans un sens et l'autre dans l'autre sens. Par ailleurs, dans le mode de réalisation de la figure 2, les ressorts pneumatiques 8 sont répartis en deux groupes G3 et G4 distincts, dont l'un G3 fait partie d'un circuit pneumatique C3 qui est de préférence simi- laire au circuit pneumatique Cl de la figure 1, excepté une valve 23 précisée ci-dessous, et dont l'autre G4 fait partie d'un circuit pneumatique C4 qui est sensiblement similaire au circuit C2 de la figure 1. En outre, dans ce mode de réalisation de la figure 2, les ressorts pneumatiques 8 sont agencés l'un au-dessus de l'autre de sorte qu'ils sont en contact, d'une part l'un de l'autre, par l'une de leurs faces via un élément (ou support) 4B qui est solidaire dudit premier corps, et, d'autre part, par leurs faces op-posées d'éléments (ou supports) 6B1 et 6B2 qui sont solidaires dudit second corps. On a également représenté, par l'intermédiaire d'une flèche F2, une charge susceptible d'être supportée par le dispositif de liaison 1. Dans ce mode de réalisation de la figure 2, on a remplacé la valve de régulation de pression 15 par une valve 23 de régulation de la pression, qui peut être commandée par un pilote. Le signal du pilote correspond à la pression P4 dans le circuit pneumatique C4 et peut être transmis par l'intermédiaire d'une liaison 24 illustrée en traits interrompus sur la figure 2. Cette modification implique que la pression P3 dans le circuit pneumatique C3 dépend, à présent, de la pression P4 dans le circuit pneumatique C4. La relation est déduite de l'expression suivante : KT = K3 + K4, les paramètres K3 et K4 étant respectivement les raideurs des groupes G3 et G4 de ressorts pneumatiques 8. Si les volumes V3 et V4 (respectivement des circuits C3 et C4) sont approximativement constants et si l'on prend en compte une com- pression adiabatique, on obtient la relation linéaire suivante entre les pres- sions P3 et P4 : (A2/V3).P3 + (B2/V4).P4 = KT/n dans laquelle : n est le rapport de chaleur spécifique (1, 4 pour l'air) ; et A et B sont les surfaces respectives des ressorts pneumatiques 8 correspondants. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la raideur KT désirée est obtenue de façon approximative, car la valeur K2 est beaucoup plus petite que la valeur K1 et l'on considère que KT est égale à K1. Dans le mode de réalisation de la figure 2, la relation entre les pressions P3 et P4 établie par la valve 23 assure que l'objectif de raideur est toujours respecté. Il n'est donc pas nécessaire d'avoir à vérifier la condition suivante : K4«K3. Ceci réduit grandement le volume requis pour V4. On notera que, dans l'exemple de la figure 2, les ressorts pneumatiques 8 des deux groupes G3 et G4 sont susceptibles d'engendrer des forces dans une même direction illustrée par la flèche F2, mais dans des sens opposés. Ceci permet de relier à un support 6B1 et 6B2, une charge externe (via l'élément 4B) qui peut agir dans deux sens différents. On notera en outre que : û le mode de réalisation de la figure 1 est utilisé de préférence lorsque les ressorts pneumatiques 8 produisent des forces dans la même direction et selon le même sens tandis que le mode de réalisation de la figure 2 est utilisé de préférence lorsque les ressorts pneumatiques 8 produisent des forces selon des sens opposés, puisque la pression P3 décroît lorsque la pression P4 croît. Toutefois, il est également envisageable que le mode de réalisation de la figure 1 puisse être utilisé pour des ressorts pneumatiques 8 engendrant des forces selon des sens opposés et que le mode de réalisation de la figure 2 soit utilisé pour des ressorts pneumatiques 8 qui engendrent les forces selon le même sens. Le choix dépend de considérations relatives à la taille des ressorts pneumatiques 8, à la pression et au volume. REVENDICATIONS1. Dispositif de liaison à isolation antivibratoire susceptible de relier un premier corps à un second corps, ledit dispositif (1) comprenant des moyens d'amortissement (2) qui sont en contact desdits premier et seconds corps et qui sont destinés à réaliser une isolation antivibratoire, caractérisé en ce que lesdits moyens d'amortissement (2) comportent au moins deux ressorts pneumatiques (8) qui sont montés parallèlement entre eux de sorte que la charge supportée par ledit dispositif de liaison (1) est répartie entre lesdits ressorts pneumatiques (8), en ce que lesdits ressorts pneumatiques (8) sont répartis en au moins deux groupes (G1, G2) distincts, dont l'un (G1) fait partie d'un premier circuit pneumatique (Cl) et l'autre (G2) d'un second circuit pneumatique (C2), et en ce que lesdits premier et second circuits pneumatiques (Cl, C2) sont formés de manière à régler de façon indépendante, respectivement, la raideur et la hauteur des ressorts pneumatiques (8) du dispositif de liaison (1). 2. Dispositif de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier circuit pneumatique (Cl) est formé de manière à engendrer une raideur constante égale à une première valeur de raideur et ledit second circuit pneumatique (C2) est susceptible de modi- fier la hauteur en engendrant une raideur variable égale à une seconde va-leur de raideur qui est inférieure à ladite première valeur de raideur cons-tante. 3. Dispositif de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier circuit pneumatique (Cl) est formé de manière à engendrer une raideur variable égale à une première valeur de raideur et ledit second circuit pneumatique (C2) compense toute modification de hauteur due au contrôle de la raideur par ledit premier circuit pneumatique (Cl), en engendrant une raideur correspondante qui est égale à une seconde valeur de raideur qui est inférieure à ladite première valeur de raideur variable. 4. Dispositif de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux seconds circuits pneumatiques qui sont susceptibles de modifier la hauteur des ressorts pneumatiques (8) associés. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits deux seconds circuits pneumatiques sont susceptibles de modifier la hauteur des ressorts pneumatiques (8) selon une même direction, l'un dans un sens, et l'autre dans l'autre sens. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits deux seconds circuits pneumatiques sont susceptibles de modifier la hauteur des ressorts pneumatiques (8) selon une même direction et un même sens. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits premier et second circuits pneumatiques sont reliés entre eux de sorte que la pression de l'un dépend de celle de l'autre.