Dispositif de butée élastique L'invention a pour objet un dispositif de butée élastique, comportant un organe en une matière pré sentant une élasticité caoutchoutique et destinée à être comprimée, par une force F susceptible de va rier, entre deux surfaces d'appui en regard de deux pièces d'appui, en opposant à cette compression une réaction qui soit fonction croissante de l'écrasement qui est imposé audit organe par le rapprochement plus ou moins grand desdites pièces d'appui.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait que ledit organe déformable est constitué par un bloc en contact par des faces opposées avec les deux susdites surfaces d'appui, ledit bloc étant en touré par une frette susceptible de s'opposer, par contact entre sa surface intérieure et la surface du bloc non en contact avec lesdites surfaces d'appui, à l'expansion dudit bloc sous l'action de la force F, les dimensions et la forme du bloc et de la frette qui l'entoure et la forme des surfaces d'appui entre les quelles il est serré étant telles que, sous l'effet d'une force F croissante,
au moins une des zones de con tact entre le bloc et les surfaces qui l'entourent croisse en étendue et que, pour une valeur donnée Fl, suf fisamment élevée, de F, ledit bloc arrive à être en contact avec lesdites surfaces qui l'entourent par toute sa surface propre, à l'exception d'une faible zone située au voisinage d'une des sections terminales de la frette et de la surface d'appui qui lui est adja cente.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution du dispositif selon l'in vention.
Les fig. 1 à 4 illustrent schématiquement quatre types de dispositif de butée élastique connus.
La fig. 5 montre, en coupe schématique, une première forme d'exécution du dispositif selon l'in vention. La fig. 6 montre, de même, un dispositif de butée élastique ne constituant pas une forme d'exécution de l'invention.
La fig. 7 est une courbe explicative à laquelle il sera fait référence dans la description qui va suivre. Les fig. 8 à 11 montrent, comme la fig. 5, qua tre autres formes d'exécution du dispositif de butée selon l'invention.
Les fig. 1 à 4 donnent quatre exemples de dis positifs de butée connus.
La fig. 1 représente un bloc de caoutchouc ou matière analogue A de forme générale de révolution et comportant deux faces bombées sur lesquelles appuient des plateaux d'appui B et C.
La fig. 2 représente un anneau de caoutchouc épais A susceptible d'être comprimé entre deux tôles nervurées B et C.
La fig. 3 représente un cylindre de caoutchouc A placé à l'intérieur d'un ressort en hélice D, le tout étant placé entre deux plateaux d'appui B et C.
La fig. 4, enfin, représente un bloc de caout chouc cylindrique A entre deux pièces d'appui B et C, la pièce d'appui C présentant une saillie circu laire D contre laquelle le bloc A est susceptible de venir prendre appui au cours de sa compression, par effet de dilatation transversale.
De tels dispositifs de butée élastique présentent certains inconvénients tels que ceux indiqués ci- après.
En premier lieu, sous l'effet d'une charge de compression croissante exercée par les pièces d'appui B et C, le bloc élastique A subit une déformation également croissante, engendrant des contraintes de compression, de cisaillement et, éventuellement, de tractions croissantes en certaines zones dudit bloc élastique, notamment dans les parties libres de la surface, parties désignées par s sur les fig. 1 à 4.
Lorsque ces contraintes dépassent une certaine limite dépendant des caractéristiques de résistance du maté riau composant A, par exemple 50 kg/ce pour une qualité de caoutchouc très résistante, des déforma tions irréversibles apparaissent aux endroits les plus sollicités du bloc A, lequel se trouve ainsi endom magé.
De tels dispositifs de butée élastiques sont donc aptes à fonctionner convenablement seulement dans les cas où la charge maximum qu'ils auront à supporter en service n'est pas susceptible de dépasser un certain maximum qui est généralement d'un ordre de grandeur peu différent de la charge normalement prévue, par exemple dans le rapport de 2 à 1 avec cette charge normale, ce qui est le cas, par exemple, des dispositifs d'isolation antivibratoire et, le plus souvent, des ressorts de suspension d'un véhicule.
Dans d'autres cas, par contre, l'ordre de grandeur des surcharges instantanées auxquelles le dispositif peut être soumis peut être considérable et, de plus, d'un ordre de grandeur difficilement prévisible, ce qui expose ledit dispositif à des détériorations, à moins qu'il n'ait été réalisé avec des dimensions très surabondantes, ce qui constitue aussi un inconvé nient.
En second lieu, il peut être intéressant, pour cer taines applications, de disposer de dispositifs capa bles de limiter par eux-mêmes et par un effet de rai deur progressivement croissante jusqu'à une valeur très élevée, la course de rapprochement des pièces d'appui qui les compriment lorsque la charge appli quée devient très grande. Un tel effet de butée pro gressive n'est pas obtenu par des dispositifs tels que ceux représentés par les fig. 1 à 4, ni par les autres dispositifs connus.
Enfin, dans les dispositifs de butée tels que ceux représentés par les fig. 2 à 4, les organes élastiques ont, dès le début de leur compression, une rigidité comparable à celle qu'ils présentent sous charge d'usage normal, et ce manque de progressivité peut constituer un inconvénient pour certaines applica tions.
Pour remédier à ces inconvénients, la forme d'exécution du dispositif selon l'invention représentée en fig. 5 comporte un bloc 3 en caoutchouc ou en toute autre matière possédant des propriétés élasti ques analogues à celles du caoutchouc, ledit bloc 3 étant en contact par des faces opposées 4 et 5, avec les surfaces d'appui 1 et 2 de deux pièces d'appui soumises à une force de rapprochement F suscepti ble de varier, et ledit bloc étant entouré par une frette 16 susceptible de s'opposer par contact entre sa surface intérieure 17 et la surface 18 du bloc 3 extérieure aux faces opposées 4 et 5, à l'expansion du bloc 3 sous l'action de la force F,
les dimensions et la forme du bloc 3 et de la frette 16 qui l'entoure et la forme des surfaces d'appui 1 et 2 entre les quelles il est serré étant telles que, sous l'effet d'une force F croissante, au moins une des zones de con tact entre les surfaces 1 et 4, 2 et 5, 17 et 18, croisse en étendue et que, pour une valeur suffisamment élevée de F, soit FI, le bloc 3 arrive à être en con tact avec les faces 1 et 2 et la frette 16 par toute sa surface propre à l'exception d'une faible zone située au voisinage d'une des sections terminales de la frette 16 et de la surface qui lui est adjacente.
Il est clair que, dans ces conditions, et en négli geant l'influence de la faible zone restée libre de la surface extérieure du bloc 3, ce dernier se trouvera enfermé, pour F = FI, dans une enceinte pratique ment close dont il remplira tout le volume.
Compte tenu de la valeur négligeable de la compressibilité volumétrique du caoutchouc ou des corps à élasticité dite caoutchoutique , qui correspond à une va leur du coefficient de Poisson très peu inférieure à 1/2, le bloc 3 ne sera plus susceptible de continuer à se déformer sous l'action de forces F supérieures à FI aussi grandes soient-elles, et, par suite, les faces 1 et 2 ne pourront plus se rapprocher. De plus, les déformations en chaque point du bloc 3 resteront limitées à la valeur qu'elles atteignent pour F = FI et, par suite, cesseront de croitre quand F croit au- delà de FI.
La fatigue de la matière, qui est fonction de ces déformations et non des pressions superfi cielles qu'elle subit, restera donc limitée, et la force F pourra atteindre, momentanément du moins, des valeurs presque illimitées sans entraîner de détériora tion du bloc 3.
Il reste à examiner l'influence de la- faible zone de la surface du bloc 3 non en contact avec les sur faces 1 et 2 et la surface interne 17 de la frette 16. Sous l'action d'une force F, même extrêmement éle vée mais de courte durée, les forces de frottement entre la surface du bloc 3 et les pièces qui l'enserrent au voisinage de ladite zone libre, ainsi que le frot tement interne de la matière constituant le bloc 3, s'opposeront aux forces internes de compression qui tendent à dilater la surface du bloc 3 là où elle n'est pas maintenue, et tout se passera pratiquement com me si le bloc 3 était enfermé dans une enceinte en tièrement close.
Dans la forme d'exécution de la fig. 5, le bloc 3 affecte la forme d'un cylindre de rayon R, de hau teur H, dont la face 4 est bombée, entouré d'une frette tubulaire 16 de hauteur H' et de rayon inté rieur R', avec R'>R, c'est-à-dire avec un certain jeu initial entre la face externe 18 du bloc 3 et la surface interne 17 de la frette. Les pièces d'appui, dont les surfaces 1 et 2 sont planes, sont soumises à une force de rapprochement F dirigée suivant l'axe de révolution du bloc 3.
Au début de la compression, la face 4 du bloc 3 commence à s'écraser en présentant une surface de contact croissante avec la surface 1, et en même temps le bloc 3 se comprime axialement tout en se dilatant radialement en forme de tonneau. En l'ab sence de la frette 16, cette déformation se poursui vrait jusqu'à obtenir une forme telle que celle re présentée par la fig. 6.
En fait, dès que la dilatation radiale du bloc 3 au voisinage de sa section droite médiane a compensé le jeu existant entre sa surface 18 et la surface intérieure 17 de la frette 16, ces deux surfaces. prennent un appui progressivement croissant l'une contre l'autre, ce qui tend à augmen ter d'une façon croissante la rigidité de compression du bloc 3 entre les faces 1 et 2 des pièces d'appui. Pour une certaine valeur Fi de F, toute la surface externe 18 du bloc 3 est venue s'appliquer contre la surface interne 17 de la frette 16.
Or, on conçoit que l'on puisse calculer les dimensions du bloc 3 et de la frette 16, en particulier le rayon de courbure de la face 4 et les valeurs de la différence R'-R et de la différence H-H', pour que, dans l'état correspon dant à F = Fi, il n'existe plus qu'un faible jeu, 1 mm par exemple, entre la section terminale supé rieure de la frette 16 et la surface 1, et que, de plus, la face 4 soit presque complètement en contact avec la surface 1.
Comme on le voit, on a ainsi réalisé un disposi tif de butée élastique progressif dont l'élasticité est relativement grande tant que le bloc 3 ne touche pas la frette 16, diminuée ensuite rapidement quand le contact entre les surfaces 17 et 18 s'accroît, pour devenir finalement nulle, ou pratiquement nulle, quand la force F dépasse la valeur Fi, suivant une courbe telle que celle représentée dans la fig. 7, dans laquelle l'écrasement E du bloc 3 est porté en abscisse et la réaction élastique F en ordonnée. Sur cette courbe, le point A correspond à la précompres- sion donnée au bloc A au montage.
La forme d'exécution du dispositif représentée en coupe fig. 8 est analogue, dans sa forme et dans son fonctionnement, à celle de la fig. 5 qui vient d'être décrite, mais le bloc 3 a une hauteur qui est, cette fois, inférieure et même faible vis-à-vis de son diamètre. La rigidité de compression sera, de ce fait, plus grande et la course utile d'écrasement E beau coup plus faible. De plus, ainsi qu'il sera montré plus loin, des forces de frottement intenses entre la surface 2 et la face 5 freineront la dilatation radiale du bloc 3 dès le début de la compression, en provo quant une hystérésis importante dans les cycles de compression-décompression du bloc élastique 3.
La forme d'exécution du dispositif faisant l'objet de la fig. 9 est de même nature que celle de la fig. 5, mais le bloc 3 a une forme en diabolo au lieu d'être cylindrique. La dilatation radiale du bloc 3 due à sa compression axiale tendra à lui donner sous charge une forme cylindrique et à le faire adhérer exactement à la surface interne 17 de la frette 16. Il s'ensuivra que la zone de transition de la courbe représentant F en fonction de E, analo gue à celle de la fig. 7, au voisinage du point A, sera beaucoup plus réduite.
Dans la forme d'exécution du dispositif repré senté en fig. 10, le bloc 3 est monté sans jeu dans la frette 16, mais sa face inférieure 5 est concave et laisse par suite, en l'absence de charge F, un vide de forme lenticulaire entre le bloc 3 et la surface 2 de la pièce d'appui inférieure. La flèche fi de la face bombée 4 est supérieure à la flèche f2 de la face concave 5.
Sous l'action d'une force de compression F croissante, le bloc 3 aura tendance à s'aplatir dans son ensemble, les flèches fi et f2 diminuant simulta nément, jusqu'à ce que la face 5 soit complètement au contact de la surface 2. Pendant cette phase de la compression, les déformations du bloc 3 se feront essentiellement par cisaillement dans la matière, en entraînant une réaction élastique relativement peu élevée. Au moment où la face 5 sera entièrement au contact de la surface 2, la face 4 conservera encore une forme légèrement bombée, puisque fi était ini tialement supérieur à f2, et il restera encore un cer tain intervalle entre la face 1 et la section terminale supérieure de la frette 16.
Les seules possibilités res tantes d'écrasement du bloc 3 seront dues à la con tinuation de l'aplatissement de la face 4 sous l'effet de forces F croissantes, et elles pourront être aussi limitées que l'on voudra à condition de prévoir ini tialement une faible différence entre fi et f2. L'effet de butée pourra donc être rendu ici particulièrement précis.
La fig. 11 représente une forme d'exécution du dispositif dans laquelle la face 5, au lieu d'être con cave, comporte un certain nombre d'ondulations concentriques. On conçoit, et on peut montrer par le calcul, que la raideur sera beaucoup plus grande au cours de la première phase de la compression, que dans le cas de la fig. 10. D'autre part, pour une même valeur de l'écrasement E utile, la fatigue au cisaillement du bloc 3 sera nettement plus grande pour le dispositif selon la fig. 11 que pour celui selon la fig. 10. En effet, l'angle de cisaillement maximum que peut subir la matière du bloc est représenté par l'angle a sur ces deux figures.
Il est bien évident que, pour une même valeur du volume de l'intervalle laissé entre la surface 2 et la face 5, l'angle a sera nettement plus grand dans le cas du dispositif selon la fig. 11.