FR2659407A1

FR2659407A1 - Amortisseur rotatif a fluide visqueux.

Info

Publication number: FR2659407A1
Application number: FR9003052A
Authority: FR
Original assignee: Glaenzer Spicer SA
Current assignee: Glaenzer Spicer SA
Priority date: 1990-03-09
Filing date: 1990-03-09
Publication date: 1991-09-13
Anticipated expiration: 2010-03-09
Also published as: FR2659407B1

Abstract

L'invention propose un amortisseur rotatif (10) du type comportant un carter cylindrique creux étanche (12) dans lequel sont agencés des disques (5OA, 5OB) qui sont alternativement solidaires en rotation du carter (12) ou d'un arbre central coaxial (22) monté à rotation dans le carter (12), la chambre interne (20) délimitée par le carter (12) étant remplie au moins partiellement d'un fluide visqueux reçu entre les faces en vis-à-vis des disques, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (58) pour faire varier la loi d'amortissement de l'amortisseur en fonction du déplacement angulaire relatif de l'arbre central (22) par rapport au carter (12).

Description

La présente invention concerne un amortisseur rotatif. Elle concerne plus particulièrement un amortisseur de ce type utilisé dans la conception des véhicules automobiles
Des amortisseurs rotatifs à friction sèche ou à palettes pour amortir les débattements des suspensions des véhicules ont été utilisés dès l'origine, en particulier lorsque ces suspensions étaient du type à ressorts à lames.Dans ce but on transformait, à l'aide d'un système à levier, le débattement vertical de la roue par rapport à la caisse du véhicule en une rotation oscillatoire qui était appliquée à l'amortisseur
Ces amortisseurs ont depuis été généralement remplacés par des amortisseurs téléscopiques hydrauliques et/ou à gaz qui travaillent soit verticalement comme dans le cas des suspensions Mac Pherson, soit horizontalement ou selon une direction inclinée, en particulier pour des suspensions arrières dites à renvoi "à sonnettes" et qui permettent d'assurer les meilleures qualités possibles de tenue de route des véhicules.

En effet, en ce qui concerne la tenue de route d'un véhicule prise au sens le plus général du terme, il est nécessaire que les taux d'amortissements soient très différents selon que l'amortisseur travaille en compression ou en extension (détente).

A titre indicatif on peut donner les valeurs suivantes : A. Dans une course de compression
a. Voitures très sportives
On relève des taux d'amortissements de l'ordre de 5000 N/m/sec pour des vitesses comprises entre O et 0,10 mètres/seconde ; quand la vitesse atteint la valeur de 0,5 mètre/seconde, le taux d'amortissement est de l'ordre du tiers de la valeur précédente.

b. Voitures "normales" :
On relève des taux de l'ordre de 2500 N/m/sec pour 0,10 mètre/seconde et à nouveau environ un tiers de ces taux pour une vitesse de 0,5 mètre/seconde.

c. Voitures très confortables
Les taux sont de l'ordre de 1250 N/m/sec pour 0,10 mètre/seconde et à nouveau environ un tiers pour une vitesse de 0,5 mètre/seconde.

B. Dans une course d'extension :
D'une façon générale, les taux d'amortissement sont le double de ceux rencontrés en compression tout du moins pour des vitesses comprises entre 0 et 0,10 mètre/seconde ; quant aux taux pour des vitesses de l'ordre de 0,50 mètre/seconde, céux-ci sont de l'ordre de la moitié des taux précédents.

Avec les amortisseurs téléscopiques classiques qui équipent les véhicules automobiles de nos jours, ces différents taux d'amortissement sont obtenus en agissant sur les différentes valves qui travaillent dans l'un ou l'autre sens.

Les amortisseurs rotatifs peuvent être envisagés avantageusement dans la conception de certaines suspensions, autres que celles à ressorts à lames, et par exemple dans le cas des suspensions à bras tirés dans lesquelles il est possible de disposer un amortisseur rotatif entre le châssis et l'extrémité du bras qui se débat, ou de le monter simplement coaxialement avec l'axe d'articulation des bras tirés par rapport au châssis.

Mais de tels amortisseurs rotatifs doivent permettre d'obtenir les performances d'amortissement telles que celles mentionnées plus haut.

Il a déjà été proposé dans le document FR-A2.173.441 un amortisseur rotatif constitué d'un corps cylindrique creux étanche à l'intérieur duquel est calé, sur un arbre coaxial à l'axe longitudinal du corps, un rotor cylindrique constitué de plusieurs disques ou de cylindres tandis que le corps cylindrique est partagé en autant de chambres qu'il y a de disques ou de cylindres, chacune des chambres recevant un disque et étant totalement remplie d'un matériau semi-liquide, pâteux, visqueux, élastomère dont la déformation rhéologique provoque un effet retardateur à volume constant et sans pression interne du matériau en exerçant un mouvement relatif entre le rotor et le corps cylindrique.Ce même document propose également, dans le cas où l'on veut obtenir pour une raison quelconque un fonctionnement dissymétrique de l'amortisseur comme cela est par exemple le cas d'un amortisseur de véhicule automobile, de munir la paroi périphérique d'au moins un des éléments, par exemple du rotor, d'une série de dents dissymétriques. Il découle de cet agencement que la déformation rhéologique du matériau remplissant le volume de chaque chambre est supérieur lorsque le rotor tourne dans l'un ou dans l'autre sens.

Le dispositif décrit et représenté dans le document qui vient d'être mentionné ne permet toutefois pas d'obtenir des lois de variation du type mentionné plus haut.

Afin de résoudre ce problème, l'invention propose un amortisseur rotatif du type comportant un carter cylindrique creux étanche dans lequel sont agencés des disques qui sont alternativement solidaires en rotation du carter ou d'un arbre central coaxial montés à rotation dans le carter, la chambre interne délimitée par le carter étant remplie au moins partiellement d'un fluide visqueux reçu entre les faces en vis-à-vis des disques, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour faire varier la loi d'amortissement de l'amortis- seur en fonction du déplacement angulaire relatif de l'arbre central par rapport au carter.

Selon autres caractéristiques de l'invention :
- les moyens pour faire varier la loi d'amortissement agissent pour faire varier l'écartement entre les faces en vis-à-vis des disques
- les moyens pour faire varier l'écartement entre les faces en vis-à-vis des disques comportent un organe de déplacement axial des disques agencé à l'intérieur du carter et des moyens de conversion dudit déplacement angulaire relatif en un déplacement axial de l'organe de déplacement des disques
- l'organe de déplacement est solidaire en rotation et susceptible de se déplacer axialement par rapport à l'un des deux éléments constitué par le carter et l'arbre central, et il est relié à l'autre desdits deux éléments par coopération de formes prévues respectivement sur l'organe de déplacement et sur l'autre des deux éléments qui convertissent ledit déplacement angulaire relatif en un déplacement axial de l'organe à l'inté- rieur de ladite chambre
- les formes comportent un filetage mâle et un taraudage complémentaire formés respectivement sur l'organe de déplacement ou l'autre desdits deux élémentis
- lesdites formes comportent un chemin de came circulaire lié en rotation à l'organe de déplacement ou audit autre élément et un élément suiveur de came lié en rotation audit autre élément ou audit organe
- les moyens pour faire varier la loi d'amortisse- ment agissent pour faire varier la pression de fluide dans la chambre
- l'organe de déplacement comporte une portion qui s'étend axialement à l'extérieur du carter de manière à faire varier le volume de la partie de l'organe de déplacement reçue dans la chambre en fonction de la position axiale de l'organe de déplacement par rapport au carter pour faire varier ainsi la pression du fluide dans la chambre
- la variation de volume est une augmentation de volume lorsque l'organe de déplacement se déplace axialement par rapport au carter dans le sens correspondant à la réduction de l'écartement entre les faces en vis-à-vis des disques
- la variation de volume est une réduction de volume lorsque l'organe de déplacement se déplace axialement par rapport au carter dans le sens correspondant à la réduction de l'écartement entre les faces en vis-à-vis des disques ; et
- les disques sont montés coulissants axialement par rapport au carter et à l'arbre central.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels
- La figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'un premier mode de réalisation d'un amortisseur conforme aux enseignements de l'invention
- la figure 2 est une vue partielle similaire à celle de la figure 1 d'une première variante de réalisation
- la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1 d'une deuxième variante de réalisation
- la figure 4 est une vue partielle similaire à celle de la figure 1 d'une troisième variante de réalisation ; et
- la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 1 d'une quatrième variante de réalisation de l'invention.

L'amortisseur rotatif 10 représenté à la figure 1 comprend un carter cylindrique creux 12 d'axe X-X constitué par une virole cylindrique extérieure 14 et deux flasques latéraux 16 et 18 qui délimitent une chambre interne cylindrique 20.

Les deux flasques latéraux 16 et 18 en forme de disque sont percés dans leur centre pour permettre le passage dJun arbre central 22 coaxial au carter 12.

L'arbre central 22 est monté libre en rotation dans le carter 12 et l'étanchéité de la chambre 20 est assurée par deux joints toriques 24 et 26 montés dans des gorges formées dans les faces cylindriques 28 et 30 qui délimitent les alésages centraux des flasques 16 et 18, les joints 24 et 26 coopérant avec des portées cylindriques correspondantes 32 et 34 de l'arbre 22.

Le carter 12 est immobilisé axialement par rapport à l'arbre 22 selon la direction X-X du fait de la coopération de la face interne 36 du flasque 18 avec l'épaulement 38 de l'arbre 22 qui délimite la portée cylindrique 34, épaulement contre lequel il est maintenu en appui grâce à un anneau élastique 40 monté dans une gorge 42 de la portée cylindrique 34 contre la face extérieure 46 du flasque 18.

La chambre interne 2Q reçoit une pluralité de disques 50A et 50B qui sont percés dans leur centre et sensiblement coaxiaux à l'axe X-X.

Les disques 50A et 50B sont alternés et sont alternativement solidaires en rotation du carter 12 et de l'arbre 22 respectivement.

Ainsi les disques 50A sont montés coulissants axialement sur des clavettes axiales 52 formées dans la paroi cylindrique interne de la virole 14, tandis que les disques 50B sont montés coulissants axialement sur des clavettes axiales 54 formées sur la portion 56 de l'arbre 22 qui s'étend entre les portées cylindriques 32 et 34.

L'amortisseur 10 comporte également un organe 58 de poussée axiale des disques.

L'organe de poussée 58 est réalisé sous la forme d'un disque plus épais qui est monté coulissant en son centre sur les cannelures axiales 54 de l'arbre 22 Le bord cylindrique annulaire extérieur du disque de poussée 58 comporte un filetage mâle 60 qui est reçu dans un taraudage complémentaire 62 formé dans la paroi cylindrique intérieure de la virole 14 du côté du flasque 16 entre celui-ci et les cannelures axiales 52.

La chambre étanche 20 est remplie au moins partiellement d'un fluide visqueux de manière que l'amortisseur rotatif 10 constitue un ensemble analogue au dispositif connu sous le nom de visco-coupleur.

Pour réaliser une fonction d'amortissement, les deux éléments principaux 12 et 22 doivent bien entendu être reliés séparément à deux éléments de structure mobiles en rotation l'un par rapport à l'autre entre lesquels on désire assurer une fonction d'amortissement.

L'amortisseur rotatif qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante.

- Si l'arbre central 22 est entraîné en rotation par rapport au carter 12, dans un premier sens de rotation, il entraîne en rotation les disques 50B entre les disques 50A et produit un effet classique de laminage du fluide visqueux qui procure un effet de freinage de la rotation. Cette même rotation de l'arbre 22 entraîne en rotation le disque de poussée 58 par les cannelures 54 et provoque donc son déplacement axial par rapport à l'arbre 22 et au carter 12 du fait de la coopération entre le filet 60 et le taraudage 62. En fonction du sens du filetage, la rotation dans le premier sens, par exemple horaire, de l'arbre 22 provoque le déplacement axial du disque de poussée 58 dans la direction correspondant à la compression des disques 50A et 50B, c'est-à-dire vers la gauche en considérant la figure 1.

Ce premier déplacement axial a donc pour but de réduire l'écartement entre les disques 50A et 50B et donc de faire varier la loi d'amortissement résultant du laminage du fluide visqueux en fonction du déplacement angulaire en rotation de l'arbre 22 par rapport au carter 12.

On comprend aisément que la rotation de l'arbre 22 par rapport au carter 12 dans le sens opposé, par exemple le sens anti-horaire, provoque le déplacement du disque de poussée 58 selon la direction axiale opposée qui correspond à un "écartement" des disques 50A et 503 et qui procure donc une loi d'amortissement différente.

Un résultat identique aurait bien entendu été obtenu dans le cas où le filetage 60 et le taraudage 62 auraient été prévus sur l'arbre 22 et le disque de poussée 58 aurait été guidé axialement sur les cannelures 52. Dans le cas d'une application à l'amortissement des mouvements de suspension de véhicule automobile, on notera que l'oscillation de rotation est accompagnée par un ressort agissant en parallèle avec l'amortisseur.

Par exemple, si le filetage a un pas de 3 mm on obtient un déplacement axial du disque de poussée 58 de plus ou moins 0,3 mm pour une oscillation en rotation de plus ou moins 360 et donc par exemple un rapprochement de l'ordre de 0,03 mm entre les disques de l'amortisseur dans le cas où il y a cinq paires de disques alternés.

On décrira maintenant les autres variantes de réalisation de l'invention pour lesquelles on utilisera les mêmes chiffres de référence que ceux de la figure 1 pour désigner des éléments identiques ou équivalents.

Dans la variante de réalisation représentée à la figure 2, le disque de poussée 58 forme un tout avec l'arbre 22 et son déplacement axial à l'intérieur de la chambre 20 est obtenu au moyen d'une liaison filetée qui comporte un taraudage interne 62 formé dans un alésage borgne coaxial 64 de l'arbre 22 et un filetage mâle 60 formé sur la paroi cylindrique externe d'un doigt central coaxial 66 fixé sur la face interne 36 du flasque latéral 18.

Des disques 50A et 50B (non représentés) sont bien entendu agencés dans la chambre 20 de la même manière qu'à la figure 1.

L'amortisseur représenté à la figure 2 permet d'une part de faire varier la loi d'amortissement en fonction de l'angle de rotation selon le même principe que dans le cas de la figure 1, c'est-à-dire en faisant varier l'écartement entre les disques mais il permet également de faire varier la pression à l'intérieur de la chambre 20.

En effet, tout déplacement en rotation de l'arbre 22 par rapport au carter 12 entraîne un déplacement axial relatif de l'arbre 22 à l'intérieur de la chambre 20 et, selon que ce déplacement axial a lieu dans un sens ou dans l'autre (vers la gauche ou vers la droite en considérant la figure 2), il se produit un accroissement ou une réduction du volume de la portion de l'arbre 22 située à l'intérieur de la chambre 20 et donc une variation du volume disponible pour le liquide visqueux contenu dans la chambre 20 et donc une variation de pression à l'intérieur de cette dernière.

Dans la variante de réalisation représentée à la figure 3, la plaque de poussée 58 est immobilisée en rotation par rapport au carter 12 et guidée axialement à l'intérieur de celui-ci par les cannelures axiales 52.

A sa partie centrale, le disque de poussée 58 se prolonge par un manchon axial 68 qui fait saillie hors du carter 12, vers la droite en considérant la figure 3, à travers l'ouverture centrale formée dans le flasque 16 et dont la paroi cylindrique intérieure comporte un taraudage 62 qui coopère avec un filetage mâle 60 formé sur la portée cylindrique en vis-à-vis de l'arbre 22.

Les disques 50A et 50B sont agencés dans la chambre 20 comme dans le cas de la figure 1 et le fonctionnement de l'amortisseur représenté à la figure 3 est identique à celui de la figure 2.

En effet, la rotation de l'arbre 22 provoque un déplacement axial du disque de poussée 58 qui comprime les disques 50A et 50B tandis que la pénétration axiale correspondante de la portion du manchon cylindrique 68 qui s'étend dans la chambre 20 provoque une réduction du volume disponible pour le liquide visqueux et une augmentation de la pression dans la chambre 20 lorsque ce déplacement axial a lieu de la droite vers la gauche en considérant la figure 3.

I1 est à noter que, comme dans le cas de la figure 2, les deux effets de resserrement des disques et d'augmentation de la pression s'ajoutent pour augmenter l'effet de freinage obtenu grâce à l'amortisseur 10.

La variante de réalisation représentée à la figure 4 fonctionne selon le même principe que celle représentée à la figure 3, c'est-à-dire qu'il y a à la fois action sur l'écartement des disques et sur la pression à l'intérieur de la chambre 20.

On constate en effet que le disque de poussée axiale 58 comporte un manchon cylindrique 68 comme dans le cas de la figure 3.

Toutefois, dans cette variante de réalisation, l'immobilisation en rotation du disque de poussée 58 par rapport au carter 12 est assuré au moyen d'une série de pions 70 qui s'étendent parallèlement à l'axe X-X depuis le flasque 16 à l'intérieur de la chambre 20 et qui sont reçus avec jeu dans des perçages 72 formés en vis-à-vis dans le disque de poussée 58.

Les déplacements axiaux du disque de poussée 58 par rapport à l'arbre 22 sont assurés au moyen de deux chemins de cames circulaires 74 et 76 formés respective ment sur la portion du manchon cylindrique 68 située à l'extérieur du carter 12 et sur un épaulement radial externe 78 de l'arbre 22.

Du fait de la coopération entre les chemins de cames 74 et 76, toute rotation de l'arbre 22 par rapport au carter 12 provoque un déplacement axial du disque 58 par rapport à l'arbre central 22.

Dans le mode de réalisation représenté à la figure 4 les chemins de cames sont plans et il se produit donc un déplacement axial linéaire du disque en fonction de l'angle de rotation relatif. Il serait bien entendu possible de prévoir des chemins de cames de profils plus complexes permettant d'obtenir une loi quelconque de variation de l'effet de freinage en fonction de l'angle de rotation relatif entre l'arbre 22 et le carter 12.

La variante de réalisation représentée à la figure 5 propose un amortisseur rotatif 10 qui combine les caractéristiques de ceux représentés aux figures 1 et 3 mais dans lequel le manchon cylindrique 68 qui prolonge le disque de poussée axiale 58 s'étend hors du carter 12 de la droite vers la gauchesen considérant la figure 5, c'est-à-dire au travers de l'ouverture centrale du flasque latéral 18.

Cette différence a pour conséquence que les effets de resserrement des disques 50A et 50B et de variations de la pression dans la chambre 20 ne s'ajoutent pas mais sont en sens opposes.

On constate en effet qu'un déplacement axial vers la gauche du disque de poussée 58 provoque un resserrement des disques 50A et 50B tout en provoquant une réduction du volume de la portion du manchon cylindrique 68 disposée dans la chambre 20.

La courbe caractéristique d'amortissement obtenue grâce à l'amortisseur rotatif selon l'invention dépend évidemment des dimensions générales du dispositif, du nombre des disques, du taux de remplissage, de la viscosité du fluide visqueux, de la température, etc.

On notera également que dans les amortisseurs téléscopiques classiques, la dissymétrie entre le travail en compression et le travail en détente est la même quel que soit le point de fonctionnement où l'on se situe dans la course de l'amortisseur et donc en particulier quelle que soit la charge du véhicule. Ceci a pour conséquence qu'un petit déplacement se superposant à un grand débattement est amorti élémentairement de la même façon quel qu'ait été le sens du grand débattement. Grâce à la conception selon l'invention, les amortissements ne sont pas les mêmes pour des petits débattements qui se superposent à de grands débattements statiques (variation de la charge du véhicule) ou dynamiques (variation de l'état de la chaussée) et cela en fonction du sens de ces petits débattements.

L'invention n'est pas limitée à son application aux suspensions de véhicules automobiles et d'autres applications sont envisageables pour ce type d'anortis- seurs telles que par exemple dans les dispositifs connus sous le nom de "Damper".

Claims

REVENDICATIONS

1. Amortisseur rotatif (10) du type comportant un carter.cylindrique creux étanche (12) dans lequel sont agencés des disques (50A, 50B) qui sont alternativement solidaires en rotation du carter (12) ou d'un arbre central coaxial (22) monté à rotation dans le carter (12), la chambre interne (20) délimitée par le carter (12) étant remplie au moins partiellement d'un fluide visqueux reçu entre les faces en vis-à-vis des disques, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour faire varier la loi d'amortissement de l'amortisseur en fonction du déplacement angulaire relatif de l'arbre central (22) par rapport au carter (12).

2. Amortisseur rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (58) pour faire varier la loi d'amortissement agissent pour faire varier l'écartement entre les faces en vis-à-vis des disques (50A, 50B).

3. Amortisseur rotatif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour faire varier l'écartement entre les faces en vis-à-vis des disques comportent un organe (58) de déplacement axial des disques agencé à l'intérieur du carter (12) et des moyens (60, 62, 74, 76) de conversion dudit déplacement angulaire relatif en un déplacement axial de l'organe (58) de déplacement des disques.

4. Amortisseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe de déplacement (58) est solidaire en rotation de l'un des deux éléments constitué par le carter (12) et l'arbre central (22) et susceptible de se déplacer axialement par rapport à l'un de ces deux éléments, et en ce qu'il est relié à l'autre desdits deux éléments (22, 12) par coopération de formes (60, 62, 74, 76) prévues respectivement sur l'organe de déplacement (58) et sur l'autre des deux éléments qui convertissent ledit déplacement angulaire relatif en un déplacement axial de l'organe de déplacement à l'inté- rieur de ladite chambre (20).

5. Amortisseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites formes coopérantes comportent un filetage mâle (60) et un taraudage complémentaire (62) formés respectivement sur l'organe de déplacement (58) ou autre (22) desdits deux éléments.

6. Amortisseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites formes coopérantes comportent un chemin de came circulaire (74) lié en rotation à l'organe de déplacement (58) ou audit autre élément et un élément suiveur de came (76) lié en rotation audit autre élément ou audit organe.

7. Amortisseur selon l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce que les moyens pour faire varier la loi d'amortissement agissent pour faire varier la pression de fluide dans ladite chambre (20).

8. Amortisseur selon la revendication 7, prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe de déplacement comporte une portion (68) qui s'étend à l'extérieur du carter (12) de manière à faire varier le volume de la partie de l'organe de déplacement reçu dans ladite chambre (20) en fonction de la position axiale dudit organe (58) par rapport au carter (12) pour faire varier ainsi la pression du fluide dans ladite chambre (20).

9. Amortisseur selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite variation de volume est une augmentation de celui-ci lorsque l'organe de déplacement (58) se déplace axialement par rapport au carter (12) dans le sens correspondant à la réduction dudit écartement entre les faces en vis-à-vis des disques.

10. Amortisseur selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite variation de volume est une réduction de celui-ci lorsque l'organe de déplacement (58) se déplace axialement par rapport au carter (12) dans le sens correspondant à la réduction dudit écartement entre les faces en vis-à-vis des disques.

11. Amortisseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les disques sont montés coulissants axialement par rapport au carter (12) et à l'arbre central (22).

12. Amortisseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faces en vis-à-vis des disques comportent un revêtement de friction.

13. Amortisseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faces en vis-à-vis des disques sont susceptibles de venir en contact mutuel.