Brevet FR2959790A1 — publié le 20111111

AMORTISSEUR CYLINDRIQUE VISCOELASTIQUE. La présente invention a pour objet un amortisseur cylindrique rotatif viscoélastique assurant une isolation contre les vibrations et/ou les chocs, par exemple un amortisseur de traînée pour rotor articulé d'hélicoptère ou bien encore une bielle de suspension, notamment pour des machines ou pour des applications parasismiques. Un amortisseur cylindrique viscoélastique commandé par une bielle est connu de la Demande de Brevet US 2009/110555. Il est constitué d'un palier et d'un dispositif assurant une raideur et un amortissement en rotation, lequel comporte des empilements plans ou fortement coniques de disques viscoélastiques travaillant en torsion. Le plan médian des disques est perpendiculaire à l'axe du palier de l'amortisseur ou forme un angle faible avec un plan perpendiculaire à l'axe du palier de l'amortisseur. L'amortissement est apporté par le cisaillement des couches dû au mouvement de torsion autour de l'axe de révolution, la sollicitation (déplacement et effort) étant introduite par une bielle. La souplesse des couches dans la direction de l'effort appliqué par la bielle impose l'utilisation d'un palier entre les deux groupes cinématiques, en supplément de la liaison viscoélastique plane ou fortement conique, afin d'assurer le mouvement de torsion tout en supprimant les mouvements de translation. Ce palier a donc pour but de transférer, d'une part, les efforts radiaux en minimisant dans la mesure du possible les déplacements radiaux, et, d'autre part, de conserver le centrage de l'amortisseur lors des mouvements de rotation autour de l'axe Uz. L'invention propose de simplifier ce concept en assurant simultanément les fonctions de raideur, d'amortissement et de palier. La présente invention concerne ainsi un amortisseur cylindrique rotatif viscoélastique comportant une pièce cylindrique interne ayant un contour externe cylindrique ou conique et une pièce cylindrique externe ayant un contour interne cylindrique ou conique, ces deux pièces cylindriques ayant un même axe Uz, la pièce cylindrique externe comportant une bride d'entraînement destinée à la fixation d'une bielle générant des mouvements de torsion autour dudit axe Uz,caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément viscoélastique comprenant au moins une couche de matériau viscoélastique cylindrique ou faiblement conique coaxiale auxdites pièces cylindriques et inclinés par rapport à l'axe Uz d'un angle a compris en valeur absolue entre 0° et 45° et de préférence entre 0° et 30°, le matériau viscoélastique ayant un coefficient d'amortissement tg8 0,2 et de préférence compris entre 0.3 et 1. Cette disposition cylindrique ou conique fait que le ou les couches présentent une raideur radiale suffisante pour maintenir le centrage de la pièce, ce qui fait qu'il n'est plus besoin d'une pièce supplémentaire pour assurer la seule fonction de palier. L'amortisseur remplit ainsi les fonctions de raideur, d'amortissement et de palier. L'amortisseur peut comporter au moins une couche lamifiée 5 comprenant au moins une couche métallique interposée entre deux dites couches en matériau viscoélastique. L'amortisseur peut comporter aux moins deux éléments viscoélastiques séparées par une pièce intermédiaire. A cet effet, l'amortisseur est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une pièce intermédiaire disposée entre la 10 pièce cylindrique interne et la pièce cylindrique externe et ayant un contour interne et un contour externe cylindriques ou coniques, et au moins une dite couche viscoélastique cylindrique ou faiblement conique entre le contour externe de la pièce interne et le contour interne de la pièce intermédiaire d'une part, et entre le contour externe de la pièce intermédiaire et le contour interne de la pièce externe d'autre part. 15 L'amortisseur peut être caractérisé en ce qu'il comporte entre la pièce interne et la pièce intermédiaire et/ou entre la pièce intermédiaire et la pièce externe une couche lamifiée comprenant au moins une couche métallique interposée entre deux dites couches en matériau viscoélastique. L'amortisseur peut être caractérisé en ce qu'il comporte un premier et 20 un deuxième ensemble dont chacun comporte au moins un dit élément viscoélastique, et qui sont décalés axialement selon ledit axe U. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après, en liaison avec les dessins annexés : les figures 1 a à 1c illustrent le fonctionnement d'un amortisseur 25 de traînée d'une articulation de traînée d'une pale d'hélicoptère - la figure 2 est un schéma d'un amortisseur rotatif selon l'invention - les figures 3a et 3b montrent en perspective et en coupe un mode de réalisation d'un amortisseur cylindrique rotatif ayant une couche lamifiée 30 cylindrique - les figures 4a et 4b sont deux vues en perspective d'un amortisseur cylindrique rotatif selon l'invention ayant deux éléments viscoélastiques travaillant en parallèle pour une raideur plus élevée dans un encombrement limité les figures 5a et 5b illustrent une variante dans laquelle les 35 éléments viscoélastiques sont dédoublés - et les figures 6a et 6c illustrent une variante combinant un ajout d'une couche en parallèle et d'un dédoublement axial des éléments viscoélastiques. Les figures la à le montrent l'articulation d'une pale d'hélicoptère 73 à un arbre rotor 7. Une articulation de battement 70 est reliée par des bras 71 à une articulation de traînée 72 reliée à une pale 73 par l'intermédiaire d'un mécanisme 74 de commande d'incidence de la pale. Les articulations 70 et 72 peuvent en réalité être confondues et le bras 71 n'est donc pas impératif. L'amortisseur rotatif de traînée 75 a pour fonction d'amortir en rotation l'articulation de traînée 72, comme illustré plus particulièrement aux figures lb et 1c qui montrent deux positions de la pale en rotation autour de l'articulation de traînée 72. Une bielle 76 est articulée en 77 au mécanisme 74 et par la bride d'entraînement 78 à l'amortisseur rotatif de traînée 75 de manière à répercuter vers celui-ci les mouvements de rotation de traînée à amortir. Une bride de fixation 79 permet de fixer l'amortisseur à la structure. On voit aux figures lb et le comment les variations de la position angulaire du mécanisme 74 par rapport au bras 71 entraînent la rotation de l'amortisseur rotatif de traînée 75 par l'intermédiaire de la bielle 76. La rotation de l'amortisseur rotatif de traînée 75 est ainsi produite par l'application d'un effort en un point de son périmètre. Comme illustré à la figure 2, un amortisseur rotatif selon l'invention comporte une pièce centrale 2 et une pièce extérieure 1 entre lesquelles sont adhérisées les faces coniques d'un élément 3 en matériau viscoélastique ayant un coefficient d'amortissement tg8 0,2, et plus particulièrement comprise entre 0,3 et 1 pour un amortissement élevé. Le matériau viscoélastique est par exemple du silicone ou du polybutadiène. La pièce interne 2 présente un contour externe tronconique 21 et la pièce externe 1 présente un contour interne tronconique 11. La pièce externe 1 constitue en général une armature cylindrique mobile, alors que la pièce interne 2 constitue une armature cylindrique fixe. L'angle a qui définit la conicité de l'élément 3 est inférieur ou égal à 45°, et en particulier à 30°. Il est par exemple compris entre 0° et 15°, et de préférence entre 0° et 5°. L'élément viscoélastique 3 peut être également cylindrique, de même que les contours externes 21 et interne 11. Cette disposition cylindrique ou conique fait que la ou les couches 35 présentent une raideur radiale suffisante pour maintenir le centrage de la pièce, ce qui fait que la mise en oeuvre d'une pièce supplémentaire pour assurer la seule fonction de palier n'est plus nécessaire. L'élément viscoélastique 3 peut être constitué d'une simple couche de matériau viscoélastique. Pour augmenter la raideur radiale suivant un axe radial, l'élément viscoélastique 3 peut être lamifié une ou plusieurs fois. Un ou plusieurs intercalaires 4 cylindriques ou faiblement coniques avec le même angle a coaxiaux avec les armatures permettent de réaliser cette lamification. Les figures 3a et 3b illustrent le cas d'un élément viscoélastique 3 cylindrique lamifié une fois, et présentant donc un intercalaire 4 cylindrique. Le ou les intercalaires 4 sont rigides, généralement en métal. On notera la présente d'une butée bi-directionnelle limitant l'amplitude des mouvements de rotation. Cette butée comporte un doigt 5 solidaire (ou rendu solidaire par un montage adapté) de la pièce interne 2 et deux excroissances 51 et 52 portées par la pièce externe 1. La pièce externe 1 présente deux pattes 15 de fixation à une biellette 16 qui est amortie par le palier-amortisseur viscoélastique. Pour augmenter la raideur radiale et bénéficier de davantage de raideur de rotation autour de l'axe Uz, on peut utiliser plusieurs éléments viscoélastiques 3 travaillant en parallèle, sans adjonction d'un élément faisant fonction de palier. Chaque élément viscoélastique remplit à la fois la fonction de raideur, d'amortisseur et de palier. Les figures 4a et 4b illustrent ainsi le cas d'un amortisseur ayant deux éléments viscoélastiques 31 et 32 fonctionnant en parallèle et séparés par un élément intermédiaire cylindrique 6 ayant un contour interne 62 cylindrique ou faiblement conique et un contour externe 61 cylindrique ou faiblement conique avec le même angle a. Dans l'exemple représenté, l'élément intermédiaire 6 est nervuré ou évidé (secteurs 63) afin d'en réduire la masse, et l'élément extérieur 31 est lamifié par exemple une fois. On notera que l'un ou l'autre des éléments viscoélastiques 31 et 32 peuvent être lamifiés avec au moins un insert métallique 4, ou non lamifiés, en fonction de la raideur souhaitée. Ce mode de réalisation permet d'augmenter la raideur tout en maintenant un encombrement limité. La figure 4b illustre l'amortisseur avec un élément 7 d'entraînement de la pièce interne 2. Les modes de réalisation des figures 4a et 4b peuvent également présenter un dispositif de butée en rotation comme illustré avec les figures 2a et 2b. Pour optimiser la raideur radiale, il est souhaitable d'éliminer les contraintes résiduelles de traction dans le matériau viscoélastique. Ces contraintes résiduelles de traction sont issues du retrait généré lors de la phase de refroidissement menant de la température de vulcanisation à la température ambiante. Pour éliminer ces contraintes résiduelles de traction, on peut mettre en oeuvre de manière connue en soi, une pré-contrainte axiale par dudgeonnage sur la bague intérieure 2, et/ou un rétreint sur la bague extérieure 1. On peut aussi obtenir cet état par vulcanisation du matériau viscoélastique sous haute pression, ce qui permet notamment de multiplier le nombre possible de couches du palier et de pouvoir ainsi régler avec plus de flexibilité la valeur des raideurs. L'invention permet dans tous les cas d'éviter l'ajout d'un palier 15 classique dont la seule fonction est de limiter les déformations radiales. Dans le mode de réalisation des figures 5a et 5b, l'amortisseur comporte deux éléments viscoélastiques 33 et 34 décalés axialement selon l'axe Uz et comportant chacun une couche cylindrique ou conique 3, ce qui permet d'obtenir une raideur élevée en disposant d'un encombrement axial plus important. Une bride de 20 fixation 79 est solidaire d'un moyeu central 80. La bride d'entraînement 78 sert à la fixation d'une bielle telle que la bielle 76. Dans le cas des couches 3 coniques, il est préféré de disposer tête-bêche les couches qui sont décalées axialement. Les figures 6a à 6c combinent les deux modes de réalisation précédents en décalant axialement selon l'axe Uz deux groupes d'éléments 25 viscoélastiques 31 et 32 d'une part et 31' et 32' d'autre part. Comme dans le cas des figures 5a et 5b, la bride de fixation 79 est solidaire du moyeu central 80 et la bride d'entraînement 78 sert à la fixation d'une bielle telle que 76. Dans tous les cas, la fixation de l'amortisseur rotatif pourrait être réalisée autrement que par une bride telle que 79. 30 REVENDICATIONS1) Amortisseur cylindrique rotatif viscoélastique comportant une pièce cylindrique interne ayant un contour externe cylindrique ou conique et une pièce cylindrique externe ayant un contour interne cylindrique ou conique, ces deux pièces cylindriques ayant un même axe UZ, la pièce cylindrique externe comportant une bride d'entraînement destinée à la fixation d'une bielle générant des mouvements de torsion autour dudit axe Uz, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément viscoélastique comprenant au moins une couche (3) de matériau viscoélastique cylindrique ou faiblement conique coaxiale auxdites pièces cylindriques (1, 2) et inclinés par rapport à l'axe Uz d'un angle a compris en valeur absolue entre 0° et 45°, et de préférence entre 0° et 30°, le matériau viscoélastique ayant un coefficient d'amortissement tg6 0,2 et de préférence compris entre 0.3 et 1. 2) Amortisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément viscoélastique comporte une couche lamifiée comprenant au moins un insert métallique (4) délimitant deux dites couches (3) en matériau viscoélastique. 3) Amortisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une pièce intermédiaire (6) disposée entre la pièce cylindrique interne (2) et la pièce cylindrique externe (1) et ayant un contour interne (62) et un contour externe (61) cylindriques ou coniques, et au moins une dite couche (3) viscoélastique cylindrique ou faiblement conique entre le contour externe (21) de la pièce interne (1) et le contour interne (62) de la pièce intermédiaire (6) d'une part, et entre le contour externe (61) de la pièce intermédiaire (6) et le contour interne (11) de la pièce externe (1) d'autre part. 4) Amortisseur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte entre la pièce interne (2) et la pièce intermédiaire (6) et/ou entre la pièce intermédiaire (6) et la pièce externe (1) une couche lamifiée comprenant au moins une couche métallique (4) entre deux dites couches (3) en matériau viscoélastique. 5) Amortisseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un premier et un deuxième ensemble dont chacun comporte au moins un dit élément viscoélastique (31, 32, 31', 32', 33, 34), et qui sont décalés axialement selon ledit axe Uz.