La présente invention a trait à un isolateur de vibrations.
L'isolateur peut être utilisé dans un grand nombre d'applications où il s'agit d'isoler un dispositif donné, par exemple un châssis de véhicule, d'une source de vibrations comme par exemple un moteur.
Il existe déjà une grande variété d'isolateurs de vibrations.
Toutefois jusqu'à présent les isolateurs se caractérisent par des propriétés d'amortissement de vibrations extrêmement réduites. De plus, dans les dispositifs existants, il n'est pas facile d'agir séparément sur les caractéristiques d'amortissement et sur les caractéristiques d'isolation, ce qui représente un inconvénient très sérieux lorsqu'il s'agit, dans la pratique, de réaliser un isolateur répondant à un système de vibrations déterminé.
La présente invention se propose de fournir un amortisseur de vibrations qui, tout en présentant un amortissement très élevé, permet de plus, par sa conception, d'ajuster séparément les caractéristiques d'isolation en fonction des cas particuliers qui se rencontrent dans la pratique.
A cet effet, I'isolateur de vibrations selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte, en combinaison, un premier et un second élément rigides coaxiaux destinés à être fixés respectivement sur deux parties, à isoler l'une de l'autre, d'un système subissant des vibrations, une enveloppe étanche en matériau déformable élastique reliant les deux éléments avec une partie au moins de ladite enveloppe ayant la forme d'une coupelle recevant en son centre l'un desdits éléments, et une matière à viscosité élevée remplissant ladite enveloppe.
La viscosité de la matière est par exemple comprise entre 50 000 et 1 500 000 centistokes, elle peut être de préférence comprise entre 50 000 et 1 000 000 centistokes.
Dans une forme de réalisation préférée cette matière est constituée par une graisse silicone. Toutefois elle pourrait également être constituée de toutes matières présentant une forte viscosité, tel que goudron polyisobutyliques, élastomères crus et autres.
L'enveloppe élastique reliant les deux éléments rigides est par exemple constituée avantageusement d'un élastomère silicone. Toutefois, d'autres élastomères compatibles avec la graisse peuvent être utilisés par exemple le caoutchouc naturel, néoprène, butyl.
De façon préférée, les caractéristiques d'amortissement du matériau constitutif de l'enveloppe sont comprises entre 0 et 25% de l'amortissement critique. Cependant, I'influence de l'amortissement de l'enveloppe est faible par rapport à l'amortissement général.
Dans une forme de réalisation avantageuse l'isolateur présente un axe géométrique de révolution reliant les centres des deux éléments rigides. Par le choix des dimensions géométriques de l'enveloppe, de la nature de l'enveloppe et des caractéristiques de la matière visqueuse contenue, il est ainsi possible d'obtenir une isolation sur les trois axes d'un système orthogonal.
Dans une première forme de réalisation particulière l'un des éléments rigides se présente sous une forme aplatie, l'enve- loppe s'étendant de façon cylindrique dans une direction sensiblement perpendiculaire au plan dudit élément pour se raccorder, suivant la forme d'une coupelle, au second élément dont les dimensions sont nettement inférieures à celles du premier élément.
Dans une telle forme de réalisation de l'invention, dans laquelle l'un des éléments possède, comme prévu ci-dessus une base de forme aplatie ayant une dimension importante par rapport à la dimension de l'autre élément contenu au centre de la partie d'enveloppe en forme de coupelle, la partie de l'enveloppe s'étendant de façon sensiblement cylindrique à partir de cette base aplatie peut avantageusement être rigidifiée par l'intermédiaire d'une paroi rigide de forme sensiblement cylindrique s'étendant à partir de ladite base aplatie. Plus particulièrement, l'enveloppe peut être surmoulée autour d'une telle paroi qui peut avantageusement présenter à sa partie inférieure un rebord à angle droit destiné à être rendu solidaire de ladite base aplatie.
Un joint, venant de préférence du surmoulage, est alors écrasé entre ce talon perpendiculaire et la base aplatie pour assurer l'étanchéité de l'isolateur.
Dans une seconde forme de réalisation particulière, I'un des éléments rigides entoure coaxialement l'autre élément rigide et que lesdits éléments rigides sont reliés par une enveloppe étanche en matériau déformable élastique en forme de double coupelle présentant un plan de symétrie perpendiculaire à l'axe commun des éléments rigides.
L'enveloppe en forme de double coupelle peut être constituée d'un seul tenant ou au contraire cette enveloppe peut être constituée de deux parties séparées, en forme de coupelle et délimitant entre elles un volume étanche rempli par la matière visqueuse.
Grâce à la présence d'une masse importante de matière à haute viscosité dans l'enveloppe, I'isolateur selon l'invention présente des caractéristiques d'isolation extrêmement élevées.
Les caractéristiques d'amortissement qui résultent de la nature du matériau constituant l'enveloppe, de sa forme, notamment dans la partie en forme de coupelle, et de sa coopération avec la masse visqueuse qui est déplacée pendant les oscillations de l'enveloppe, sont aussi particulièrement élevées.
Ces caractéristiques d'amortissement peuvent encore être accrues en disposant sur l'élément contenu dans la partie en forme de coupelle un ou plusieurs organes tel qu'une rondelle rigide contenue dans l'enveloppe et dont le plan, perpendiculaire à l'axe de l'isolateur, permet de réaliser un amortissement dans la masse visqueuse elle-même. Il est également possible, soit en combinaison avec cette bague, soit séparément, de rendre solidaire dudit élément rigide un ou plusieurs coussins, par exemple de forme annulaire, en fil métallique tricoté dont les interstices sont remplis de matière visqueuse.
Dans la seconde forme de réalisation, I'amortisseur peut comprendre au niveau de ce plan de symétrie un élément médian tel qu'une rondelle s'étendant transversalement pour augmenter le mouvement de la matière visqueuse à l'intérieur de l'enveloppe.
L'élément médian précité peut être porté par l'élément rigide central et s'étendre radialement à partir de cet élément rigide. Toutefois, dans une variante cet élément peut être porté par l'élément rigide périphérique et il s'étend alors radialement en direction de l'élément rigide central.
Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, dans laquelle on désire que l'isolateur présente une raideur relativement importante, il est possible de disposer soit à l'extérieur de l'enveloppe, soit à l'intérieur, un ou plusieurs ressorts prenant appui entre les deux éléments rigides. Le ressort est de préférence contenu dans l'enveloppe et peut avantageusement présenter une forme hélicospirale. Le déplacement du ressort dans la graisse visqueuse permet alors d'augmenter encore les caractéristiques d'amortissement.
Selon un perfectionnement complémentaire de l'invention,
I'enveloppe présente une partie s'appuyant, avec une certaine précompression et sans adhérisation, contre une surface correspondante de l'un des deux éléments rigides de façon telle que lors du déplacement de cet élément rigide par rapport à l'autre un frottement se produit entre cette partie de l'enveloppe et la partie correspondante de la surface de cet élément rigide.
Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse l'enveloppe est constituée d'un seul tenant en élastomère et présente une partie qui s'étend sur toute la longueur de l'élément sur lequel elle frotte, ce qui augmente notablement l'effort de frottement de l'élastomère.
Le frottement ainsi créé et provenant du déplacement relatif de la surface de l'enveloppe et de la surface de la partie frottante de l'élément rigide permet d'augmenter notablement l'amortissement. Ce frottement peut être accru en augmentant la précompression de l'élastomère sur cette surface.
Dans une forme de réalisation préférée la surface de frottement est disposée sur 1' élément rigide central et cet élément central peut alors avantageusement présenter la forme d'une bobine de fil, I'enveloppe présentant alors une forme torique à section sensiblement elliptique ou circulaire.
Dans un perfectionnement très intéressant de l'invention, lorsque l'isolateur présente à sa partie inférieure une pièce s'étendant radialement, telle que par exemple une rondelle, on prévoit de revêtir cette pièce ou rondelle d'un revêtement élastique, par exemple en élastomère, s'étendant notamment à la périphérie de la pièce de façon telle que la pièce avec son revêtement constitue une butée limitant les déplacements possibles de l'élément rigide qui la porte par rapport à l'autre élément rigide et ceci tant dans la direction axiale que radiale.
De façon particulièrement avantageuse ce revêtement peut comporter une gorge périphérique qui, lorsque ledit revêtement vient en butée, emprisonne partiellement de la graisse et, lors de l'écrasement ultérieur de la gorge, le mouvement de la graisse contenue dans la gorge produit un amortissement supplémentaire.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif, ainsi que du dessin annexé dans lequel:
La fig. 1 représente une vue en coupe axiale partielle, d'un isolateur selon l'invention,
la fig. 2 représente une vue de dessus de l'isolateur,
la fig. 3 représente une vue en coupe axiale de l'enveloppe de l'isolateur muni d'une paroi cylindrique avec talon et de l'un des éléments rigides,
la fig. 4 représente une vue en coupe axiale d'un isolateur selon une variante de l'invention,
la fig. 5 représente une vue en coupe axiale d'un isolateur selon une autre variante de l'invention,
la fig.
6 représente les courbes d'accélération en fonction de la fréquence d'un isolateur selon l'invention, d'un isolateur élastomère classique et d'un coussin tricoté classique à partir d'une même valeur d'entrée de vibrations,
la fig. 7 représente une vue en coupe axiale d'un amortisseur à deux coupelles selon l'invention,
la fig. 8 représente une vue de dessus de cet amortisseur,
la fig. 9 représente une vue en coupe axiale d'un autre amortisseur à deux coupelles selon l'invention,
la fig. 10 représente une vue en coupe axiale d'un amortisseur selon une autre variante,
la fig. 11 représente une vue en coupe axiale d'un amortisseur à amortissement accru selon l'invention.
On se réfère tout d'abord aux figs. 1, 2 et 3.
L'isolateur comprend deux éléments rigides 1 et 2 présentant une forme générale de révolution autour d'un axe commun géométrique 3. L'élément rigide supérieur 1 présente une forme cylindrique avec un orifice borgne central fileté 4 permettant de fixer sur ledit élément un organe ou une pièce quelconque d'un système soumis à des vibrations. La base de l'isolateur présente une partie centrale plane entourée d'une nervure 5 au-delà de laquelle s'étend une partie plane périphérique 6.
Les deux éléments rigides 1 et 2 sont reliés par une enveloppe ou membrane 7 réalisée en un matériau élastomère tel qu'un élastomère silicone.
Comme on le voit notamment sur la fig. 3, cette enveloppe 7 présente, du côté de l'élément 2, une partie cylindrique 8 surmontée d'une partie en forme de coupelle 9 supportant en
son centre l'élément rigide 1 à laquelle elle est fixée par vulca
nisation. On voit qu'à l'intérieur de l'enveloppe 7, la partie 9 présente autour de l'élément 1, une forme sensiblement torique 10.
Comme on le voit sur le dessin, la partie cylindrique 8 de
l'enveloppe est surmoulée autour d'une armature métallique
cylindrique 11 présentant à sa partie supérieure une nervure
circulaire 12 et à sa partie inférieure un talon 13 s'étendant à
angle droit, c'est-à-dire dans une direction sensiblement paral
lèle à la partie périphérique de l'élément rigide 2. Ce talon 13 présente sur sa face inférieure une pluralité de nervures ou joncs concentriques 14 venant de surmoulage et destinés à être
pressés entre le talon 13 et la partie périphérique 6 lorsque ce
talon et cette partie sont rassemblés par des organes d'assem
blage tels que 15. L'intérieur de l'enveloppe étanche 9 ainsi
réalisée est rempli d'une graisse 16 d'une viscosité de 100 000
centistokes.
De façon avantageuse, I'isolateur représenté peut comporter
en son intérieur un ressort hélicospiral 17 dont la spire infé
rieure de plus grand diamètre repose sur la base 2 à l'extérieur
de la nervure 5, tandis que la spire supérieure de plus faible
diamètre est maintenue entre un épaulement de l'élément 1 et
une rondelle 18 fixée autour d'un prolongement intérieur 19
de l'élément 1 dont l'extrémité inférieure est rabattue autour
de la rondelle.
Des essais comparatifs ont montré qu'un isolateur selon la
fig. 1 présentant les caractéristiques suivantes:
- le diamètre intérieur de l'enveloppe: 30 mm
- hauteur intérieure de l'enveloppe dans la partie torique
10: 9 mm
- épaisseur moyenne de l'enveloppe: 3 mm
- module d'élasticité de l'enveloppe: 0,5 kg/mm
- hauteur de la paroi cylindrique 11: 13 mm
- raideur du ressort: 0,37 kg/mm
- volume de la matière visqueuse silicone: 17 cm
- voscosité de la matière visqueuse silicone: 100 000 centis
tokes présente en fonction de la fréquence une réponse en fréquence
représentée par la courbe 1 sur la fig. 6.
On voit en particulier
qu'à la fréquence de résonnance de 20 Hz, le facteur d'amplifi
cation à la résonnance est égal ou inférieur à 2, rapport entre
l'accélération transmise par l'amortisseur (2g) sur la courbe A
et l'accélération d'entrée (1g) sur la courbe D.
De façon comparative, un isolateur élastomère du type
silicone travaillant en compression-cisaillement présente une
réponse selon la courbe B, avec une accélération transmise
nettement supérieure et un facteur d'amplification nettement
supérieur. Il en est de même qu'un isolateur métallique cons
titué par un coussin de fil métallique tricoté du type ressort
coussin, dont la courbe de réponse est représentée parla courbe C
En conclusion on voit que l'amplification d'un isolateur
selon l'invention est nettement réduite par rapport aux autres
isolateurs connus.
On se réfère à la fig. 4.
Afin d'augmenter encore les caractéristiques d'amortisse
ment de l'isolateur sur la fig. 1, on peut avantageusement
remplacer la rondelle de faible diamètre 18 par une rondelle
20 s'étendant sur un diamètre beaucoup plus grand à l'inté
rieur de l'enveloppe.
Dans ces conditions il s'effectue un brassage important de la
matière visqueuse à l'intérieur de l'enveloppe, augmentant
ainsi l'amortissement.
Suivant la fig. 5 il est possible, en variante d'augmenter
l'amortissement en adjoignant à la rondelle 20 un coussin en fil
métallique tricoté. Un tel coussin peut être prévu sous une forme annulaire disposé sur la rondelle 20 comme par exemple le coussin 21, ou avoir une forme annulaire intérieurement concave pour être disposé sur la rondelle 20 et épouser le ressort 17 comme par exemple le coussin 22, ou encore être fixé directement contre le prolongement 19 comme par exemple le coussin 23. Bien entendu d'autres formes de coussins sont possibles. Dans le mouvement de vibrations, ces coussins coopèrent avec la matière visqueuse disposée à l'intérieur de l'enveloppe 7 pour augmenter l'amortissement de l'isolateur.
En dehors des performances remarquables de l'isolateur selon l'invention et de l'amortissement, il est ainsi possible, ce qui s'avère extrêmement utile dans la pratique de concevoir et réaliser l'isolateur de façon à agir séparément sur les caractéristiques d'amortissement sans affecter les excellentes propriétés d'isolation.
Il est également possible de modifier la nature ou l'épaisseur de la matière élastomère constituant l'enveloppe 7. Il est de même possible d'intervenir sur les caractéristiques d'amortissement en modifiant la forme de l'enveloppe et notamment sa concavité dans la zone 10. De plus, il est possible, en faisant varier ces éléments, d'obtenir un isolateur présentant une isolation parfaite et un amortissement remarquable non seulement dans la direction de l'axe 3 mais encore dans la direction perpendiculaire.
On se réfère tout d'abord aux figs. 7 et 8.
L'amortissement représenté comprend deux éléments rigides coaxiaux, à savoir un élément rigide central 31 et un élément périphérique 32, l'élément 31 comprenant un taraudage central 33 tandis que l'élément 32 comprend des orifices 34 destinés à assurer la fixation respective sur les parties à amortir l'une par rapport à l'autre, tels que par exemple un moteur et un châssis de véhicule.
L'élément central 31 est constitué de deux parties à savoir une partie supérieure 35 comprenant un prolongement inférieur fileté 36, et un écrou 37, de surface extérieure cylindrique, vissé sur le filetage du prolongement 36 de façon à emprisonner contre un épaulement convenable de la partie 35 une rondelle métallique 38. Pour sa part l'élément périphérique 32 présente une paroi cylindrique 33 portant sur ses deux bases des épaulements ou rebords inférieurs 40, respectivement 41.
Les deux éléments rigides 31 et 32 de l'amortisseur sont reliés par une enveloppe étanche en élastomère. Cette enveloppe est constituée de deux parties distinctes en forme de coupelle 42, respectivement 43, fixées par une partie centrale contre la surface périphérique 32 de l'élément rigide 31 et par une partie périphérique contre les rebords 40, respectivement 41 de l'élément rigide extérieur 32. La disposition de ces deux coupelles en élastomère est symétrique par rapport à un plan à travers la rondelle 38.
Comme on le voit sur la figure, la rondelle 38 est recouverte d'un enrobage d'élastomère 34 dont les faces supérieure, respectivement inférieure présentent une conicité concave. Le volume intérieur défini entre les parois de l'enveloppe élastomère 42, 43 et la paroi intérieure de l'élément rigide 32, 45, est rempli d'une graisse silicone d'une viscosité de 1 000 000 centistokes.
Lorsque l'élément rigide 31 est soumis à des vibrations, il entraîne les parties 42, 43 de l'enveloppe élastomère et assure une déformation du volume 45 occupé par la graisse, entraînant par là un mouvement de la graisse qui produit un amortissement. Quelle que soit la direction du mouvement de l'élément 31 par rapport à l'élément 32, on comprend que la déformation du volume intérieur 45 a lieu provoquant ainsi l'amortissement désiré. Lorsque les mouvements sont de trop grande amplitude, l'élément ou rondelle de butée 38, avec son revêtement 44, vient en butée soit contre la paroi intérieure de la partie 39 de l'élément rigide, soit contre l'élément élastomère 42 et 43 au niveau du rebord 40 ou 41, ce qui limite l'amplitude possible du mouvement.
La gorge périphérique du revêtement 44 venant au contact de l'élément 32, se déforme et un amortissement supplémentaire est procuré par le mouvement de la graisse chassée hors de la gorge.
En se référant à la fig. 9, on voit un amortisseur présentant une forme sensiblement voisine de celle de l'amortisseur des figs. 7 et 8. Cet amortisseur comprend un élément rigide central 46, semblable à l'élément 31 mais dépourvu de la partie filetée 36, de l'écrou 37 ainsi que de la rondelle 38. Sur cet élément central 46 est adhérisée une enveloppe en élastomère 47 en forme de double coupelle, d'un seul tenant, symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe commun des éléments rigides 46 et 48.
L'élément rigide 48 porte à son intérieur une douille 49 servant également à assurer le maintien des parties périphériques de l'enveloppe 47 contre les rebords de l'élément 48. A partir de cette pièce 49 s'étend radialement à l'intérieur de l'espace interne 50 rempli par la graisse et selon le plan de symétrie précité, un rebord 51 muni à son extrémité d'un revêtement en élastomère 52 présentant une gorge interne. Ce rebord 51, avec son revêtement 52, sert de butée pour limiter l'amplitude du mouvement respectif des éléments rigides 46 et 48, l'amortisseur fonctionnant pour le reste de façon analogue ou voisine au fonctionnement de l'amortisseur de la fig. 7.
On se réfère à la fig. 10.
Dans cette variante de l'invention un élément rigide interne cylindrique 53 est disposé à l'intérieur d'un élément rigide périphérique 54 de forme sensiblement cylindrique et présentant deux rebords intérieurs de faible amplitude 55, 56. Le rebord 56 se poursuit par une pièce 57 destinée à la fixation de l'élément 54. L'élément intérieur 53 pour sa part est composé de partie vissées l'une sur l'autre et enserrant, de la même matière que dans la fig. 7, une bague métallique 58 s'étendant dans le plan de symétrie de l'amortisseur perpendiculaire à l'axe commun des éléments 53 et 54. Cette bague 58 présente à sa périphérie deux rebords inférieur et supérieur revêtus par un revêtement d'élastomère 59 présentant en coupe axiale une section semi-circulaire avec une concavité orientée radialement vers l'extérieur. La rondelle 58 avec son revêtement 59 sert également de butée.
Les deux éléments rigides 53 et 54 sont réunis par une enveloppe constituée de deux parties en élastomère 59, 60 dont les zones centrales sont adhérisées contre la surface cylindrique extérieure de l'élément central rigide 53. A leur périphérie les deux parties en forme de demi-coupelle 59, 60 sont maintenues contre les rebords 55, 56 par l'intermédiaire d'une pièce interne de forme sensiblement cylindrique, 61 disposés contre la surface intérieure de la partie cylindrique de l'élément 54, cet élément 61 présentant deux parties extrêmes recourbées 62, 63 pressant les extrémités des parties élastomères 59, 60 contre les épualements 55, 56. Deux ressorts hélico-spiraux 64 et 65 prennent appui respectivement sur les éléments en élastomère 59, 60 au voisinage immédiat des rebords 52 et 53, et d'autre part sur les deux faces opposées de la rondelle 58.
L'amortisseur selon la fig. 10, permet, grâce à sa forme, un débattment plus important que les amortisseurs des figs. 7 et 9.
On se réfère à la fig. 11.
L'amortisseur représenté comprend un élément rigide central 66 avec un moyen 67 de fixation sur une partie d'un système à amortir. L'élément rigide 66 présente une surface extérieure en forme de bobine de couturière avec une partie centrale sensiblement cylindrique 68 se raccordant à deux parties extrêmes 69 et 70 qui s'évasent de façon tronconique.
Dans le plan de symétrie de l'élément 66, perpendiculaire à l'axe de ces éléments, s'étend l'élément concentrique rigide 71 présentant une forme annulaire plate. L'élément rigide 71 est constitué en fait de deux anneaux métalliques disposés de part et d'autre d'un anneau central dont le rayon intérieur est plus faible pour créer ainsi un élément de butée 72 recouvert d'un revêtement d'élastomère analogue au revêtement 52 avec une gorge périphérique intérieure.
L'enveloppe en élastomère 73 qui s'étend entre les éléments rigides 66 et 71, présente la forme d'un tore à section sensiblement circulaire. Une partie périphérique du tore est adhérisée sur l'élément 71 tandis que la partie centrale 74 du tore est simplement appuyée contre la surface extérieure de l'élément rigide 66 avec une précompression déterminée en épousant la surface correspondante de l'élément rigide 66.
Lorsque, sous l'effet des vibrations, l'élément rigide 66 se déplace par rapport à l'élément rigide 71 I'enveloppe élastique 73 se déforme, provoquant simultanément le mouvement de la graisse contenue dans le volume interne 75, ce qui prend en charge une partie de l'amortissement. Simultanément se produit un frottement de l'élastomère à la surface de l'élément rigide 66, résultant des déplacements relatifs de la surface de l'élastomère et de la surface de l'élément rigide. Les frottements prennent également à leur compte une partie de l'amortissement. Enfin, une autre partie de l'amortissement résulte de l'amortissement propre à la déformation du matériau élastomère.
Grâce à la continuité de la partie 74, le déplacement de l'élastomère par rapport à la surface de l'élément rigide est relativement important, ce qui permet d'obtenir un frottement accru.
Bien entendu, des ressorts peuvent également être prévus pour augmenter la raideur.