Brevet FR2976992A1 — publié le 20121228

La présente invention a pour objet un dispositif de ressort optimisé. De manière générale un ressort consiste en une pièce utilisant les propriétés élastiques du matériau ou des matériaux dont elle est faite, et qui comprend au moins deux points, ou zones, opposés destinés à être soumis à des sollicitations extérieures. La difficulté de réaliser des dispositifs de ressort utilisant des sollicitations pures, traction et compression, réside dans le faible déplacement autorisé par de telles sollicitations. Une approche de solution est ébauchée avec les rondelles classiques dite « BELLEVILLE » ou la sollicitation de traction-compression est majoritaire, mais ou il réside une proportion de flexion dans la pièce suffisamment grande pour rendre l'efficacité de ce type de ressort insuffisante dans certaines applications. Néanmoins ces rondelles transforment des petites déformations en grands déplacements, ce qui est recherché dans les ressorts, par contre la répartition sans contrainte dans une rondelle BELLEVILLE n'est pas du tout uniforme, ce qui nuit à son efficacité. La présente invention a pour but de remédier aux divers inconvénients précités, en proposant un dispositif de ressort permettant l'utilisation conjointe des sollicitations pures de traction et de compression tout en ménageant des déplacements significatifs. Le dispositif de ressort selon l'invention consiste en une pièce utilisant les propriétés élastiques du matériau ou des matériaux dont elle est faite, et qui comprend au moins deux points, ou zones, opposés destinés à être soumis à des sollicitations, et il se caractérise en ce qu'il comprend entre lesdits points ou zones une partie intermédiaire comprenant une structure treillis venant de l'assemblage de segments, rectilignes ou non, dont au moins deux s'étendent dans des plans distincts, et tous les deux extérieurement à la direction de la sollicitation, en sorte que lors de ladite sollicitation, l'un soit sollicité longitudinalement en compression et l'autre longitudinalement en traction. Selon une caractéristique additionnelle du dispositif de ressort selon l'invention, les segments sont réalisés dans des matériaux différents, choisis selon qu'ils sont destinés à être sollicités en traction ou en compression. Selon un mode de réalisation particulier du dispositif de ressort selon l'invention, il comporte d'une part au moins deux couronnes s'étendant dans deux plans distincts, l'une étant de dimensions inférieures à celles de l'autre, lesdites couronnes constituant deux zones opposées destinées à être soumises à des sollicitations, et d'autre part une multiplicité de segments de liaison reliant une couronne à l'autre, et formant avec lesdites couronne la structure treillis. Le dispositif de ressort selon l'invention présente ainsi une forme globalement conique. Lorsque le dispositif de ressort est soumis à un effort de compression la couronne extérieure, la plus grande, est soumise à un effort en extension, tandis que la couronne intérieure, la plus petite, est soumise à un effort de compression. Un dimensionnement adapté permet d'obtenir une limite en contrainte de traction dans la couronne extérieure identique à la limite en contrainte de compression dans les segments de liaison, comme dans la couronne intérieure. Ce dimensionnement permet l'accumulation d'une énergie optimale dans le dispositif de ressort. On notera que dans le cas où le dispositif de ressort selon l'invention est réalisé en matériau composite, compte tenu du fait que les matériaux composites ont une tenue en traction supérieure à celle en compression, il est privilégié un mode de chargement inverse pour ce type de forme conique, c'est-à-dire de faire en sorte que le chargement extérieur augmente la conicité. Dans ce cas de chargement les segments de liaison et la couronne intérieure sont sollicités en traction et la couronne extérieure en compression. Selon une caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention, la couronne extérieure est constituée de la succession de segments rectilignes s'étendant entre deux segments de liaison voisins. Selon une variante du dispositif de ressort selon l'invention, il comporte au moins une couronne de grandes dimensions qui consiste en un anneau, au moins deux couronnes de plus petites dimensions qui consistent en des bobines coaxiales audit anneau et disposées de part et d'autre dudit anneau, tandis que la structure treillis consiste en un laçage d'un ou plusieurs éléments filaires, cheminant d'une bobine à l'autre en passant sur l'extérieur dudit anneau. De manière avantageuse, le ou les éléments filaires sont réalisés en matériau composite. Selon une autre variante du dispositif de ressort selon l'invention, il comporte plusieurs couronne de grandes dimensions qui consiste chacune en un anneau, au moins une couronne de plus petites dimensions qui consiste en un anneau coaxial auxdits anneaux de grandes dimensions et disposés entre ces derniers, tandis que la structure treillis consiste un laçage cheminant d'un anneau de grandes dimensions à un autre anneau de grandes dimensions en passant à l'intérieur dudit anneau de petites dimensions, tout en passant sur l'extérieur desdits anneaux de grandes dimensions. Selon une autre variante du dispositif de ressort selon l'invention, les couronnes consistent en des anneaux coaxiaux de grandes et de petites dimensions disposés alternativement, tandis que la structure treillis consiste en une tresse tubulaire en matériau composite, passant extérieurement sur le ou les anneaux de grandes dimensions, et intérieurement dans le ou les anneaux de petites dimensions. Les avantages et les caractéristiques du dispositif de ressort selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente plusieurs modes de réalisation non limitatifs. Dans le dessin annexé : - la figure 1 représente une vue schématique en 5 perspective d'un premier mode de réalisation du dispositif de ressort selon l'invention. - la figure 2 représente une vue schématique en élévation du même premier mode de réalisation. - la figure 3 représente une vue schématique en plan d'u 10 deuxième mode de réalisation du dispositif de ressort selon l'invention. - les figures 4a, 4b et 4c représentent des vues schématiques, respectivement en profil, en plan et en perspective, d'une variante du deuxième mode de réalisation. 15 - la figure 5 représente une vue schématique perspective d'une autre variante du deuxième mode de réalisation. - la figure 6 représente une vue schématique en perspective et en éclaté d'un troisième mode de réalisation du dispositif de ressort selon l'invention 20 - la figure 7 représente une vue schématique en perspective du même troisième mode de réalisation. - la figure 8 représente une vue schématique en perspective d'une variante du même troisième mode de réalisation. 25 - la figure 9 représente une vue schématique en perspective d'un quatrième mode de réalisation du dispositif de ressort selon l'invention. - la figure 10 représente une vue schématique en perspective d'un cinquième mode de réalisation du dispositif de 30 ressort selon l'invention. - la figure 11 représente une vue schématique en perspective d'une partie du même cinquième mode de réalisation. Sur les figures 1 et 2, la structure est composée de barres assemblées de manière à former un treillis. Le treillis 35 présente des points de fixation pour permettre la sollicitation du treillis. La sollicitation extérieure du treillis se transforme en traction ou compression des barres élémentaires du treillis. Chaque barre a une section adaptée pour présenter une contrainte de traction (ou de compression) uniforme dans tout le 5 treillis. Cette particularité permet d'avoir une déformation locale en traction uniforme pour toutes les barres du treillis, idem en compression. Le taux de déformation en compression n'est pas forcement 10 identique au taux de déformation en compression, car les matériaux utilisés ne sont pas forcément de même performance en traction ou en compression. Cette différentiation peut aussi se faire par zone ou par barre si le treillis est réalisé de pièce de matériaux 15 différents. L'optimisation de la structure en treillis consiste à optimiser les sections de manière à ce que la déformation de chaque barre soit maximale en traction ou en compression (au regard du matériau constituant chaque barre) lors que la 20 sollicitation extérieure est maximale. Sur les figures 3, 4a, 4b, 4c et 5, le dispositif de ressort comporte une couronne extérieure, une couronne intérieure et des rayons qui relient la couronne intérieure à la couronne extérieure. 25 Le tout est globalement sur une forme conique, l'écrasement axial du ressort a tendance à remettre à plat le ressort, ce qui provoque l'extension de la couronne extérieure et la compression de la couronne intérieure comme des rayons. Les évidements entre les rayons permettent de donner à la 30 pièce une souplesse garantissant une participation très faible de la flexion comme mode de sollicitation. Les zones sollicitées sont pratiquement en traction ou compression pure. Un dimensionnement judicieux permet d'obtenir une limite 35 en contrainte de traction dans la couronne extérieure identique à la limite en contrainte de compression dans les rayons comme dans la couronne intérieure. Ce dimensionnement permet l'accumulation d'une énergie optimale dans le ressort Sur les figures 4a, 4b, 4c et 5 la couronne extérieure est constituée d'une succession de segments rectilignes, ce qui permet une mise en compression de cette zone si le nombre de rayons est faible. Cette optimisation peut être conduite sur la couronne intérieure mais présente moins d'intérêt Sur les figures 6, 7 et 8, le dispositif de ressort est composés de deux bobines, d'un anneau de compression et d'un 10 laçage en matériau composite. A la fabrication, les bobines sont rapprochées et disposées symétriquement et coaxialement à l'anneau de compression. Ces pièces sont maintenues dans cette position (par un gabarit, par une pièce en matière plastique qui restera 15 incluse dans le ressort, par un mandrin en métal à bas point de fusion, par une pièce en mousse soluble ou généralement par tout noyau classiquement utilisé pour réaliser des formes intérieures en moulage) Le laçage est obtenu par un bobinage de fibres composites 20 successivement autour de chaque bobine tout en passant sur l'anneau de compression. Le laçage est réalisé symétriquement de manière à ne pas induire de torsion du ressort pendant la sollicitation. Les bobines pourront être taraudées pour permettre la 25 fixation de ce ressort avec des parties extérieures qui le solliciteront globalement en traction. Sur la figure 8, le dispositif de ressort est mis en série, le laçage peut alors passer d'anneau de compression en anneau de compression sans avoir besoin de contourner une 30 bobine, les bobines étant réservées à l'inversion du sens du laçage aux extrémités du ressort. En référence à la figure 9, le ressort est composé d'anneaux de compression, d'anneaux de traction de joncs, câbles, ou fibres qui passent alternativement à l'intérieur des 35 anneaux de traction et à l'extérieur des anneaux de compression. Les extrémités de ces câbles sont fixées dans les embouts qui permettent la mise en charge de l'ensemble : transmission de l'effort extérieur aux câbles via ces embouts. Les câbles ont ensemble une forme conique lorsqu'ils passent d'un anneau de compression à un anneau de traction. La traction globale du ressort ainsi constitué provoque l'élongation des câbles, la réduction de diamètre des anneaux de compression et l'augmentation de diamètre des anneaux de traction. Ces effets combinés provoquent l'allongement global du ressort par augmentation de la forme conique des câbles. Une telle architecture permet l'usage de matériaux différents adaptés aux différents modes de sollicitation. On peut ainsi envisager de constituer un ressort présentant des parties métalliques et des parties composites. En référence maintenant aux figures 10 et 11, on peut voir selon une variante, que les câbles sont remplacés par une tresse composite de forme tubulaire, représentée sur la figure 11, qui existe sous forme de semi produit, où les fibres sont entremêlées mais globalement de direction axiale ou faiblement inclinées par rapport à celle-ci. REVENDICATIONS1) Dispositif de ressort consistant en une pièce utilisant les propriétés élastiques du matériau ou des matériaux dont elle est faite, et qui comprend au moins deux points, ou zones, opposés destinés à être soumis à des sollicitations, et caractérisé en ce qu'il comprend entre lesdits points ou zones une partie intermédiaire comprenant une structure treillis venant de l'assemblage de segments, rectilignes ou non, dont au moins deux s'étendent dans des plans distincts, et tous les deux extérieurement à la direction de la sollicitation, en sorte que lors de ladite sollicitation, l'un soit sollicité longitudinalement en compression et l'autre longitudinalement en traction. 2) Dispositif de ressort selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments sont réalisés dans des matériaux différents, choisis selon qu'ils sont destinés à être sollicités en traction ou en compression. 3) Dispositif de ressort selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte d'une part au moins deux couronnes s'étendant dans deux plans distincts, l'une étant de dimensions inférieures à celles de l'autre, lesdites couronnes constituant deux zones opposées destinées à être soumises à des sollicitations, et d'autre part une multiplicité de segments de liaison reliant une couronne à l'autre, et formant avec lesdites couronne la structure treillis. 4) Dispositif de ressort selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couronne extérieure est constituée de la succession de segments rectilignes s'étendant entre deux segments de liaison voisins. 5) Dispositif de ressort selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une couronne de grandes dimensions qui consiste en un anneau, au moins deux couronnes de plus petites dimensions qui consistent en desbobines coaxiales audit anneau et disposées de part et d'autre dudit anneau, tandis que la structure treillis consiste en un laçage d'un ou plusieurs éléments filaires, cheminant d'une bobine à l'autre en passant sur l'extérieur dudit anneau. 6) Dispositif de ressort selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs couronne de grandes dimensions qui consiste chacune en un anneau, au moins une couronne de plus petites dimensions qui consiste en un anneau coaxial auxdits anneaux de grandes dimensions et disposés entre ces derniers, tandis que la structure treillis consiste un laçage cheminant d'un anneau de grandes dimensions à un autre anneau de grandes dimensions en passant à l'intérieur dudit anneau de petites dimensions, tout en passant sur l'extérieur desdits anneaux de grandes dimensions. 7) Dispositif de ressort selon la revendication 3, caractérisé en ce que les couronnes consistent en des anneaux coaxiaux de grandes et de petites dimensions disposés alternativement, tandis que la structure treillis consiste en une tresse tubulaire en matériau composite, passant extérieurement sur le ou les anneaux de grandes dimensions, et intérieurement dans le ou les anneaux de petites dimensions.