FR2687748A1

FR2687748A1 - Plate made of elastic material and composite structure for damping out vibrations including such plates

Info

Publication number: FR2687748A1
Application number: FR9300745A
Authority: FR
Inventors: Kleinfelden Jean
Original assignee: FABERT SA
Current assignee: FABERT SA
Priority date: 1993-01-26
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1993-08-27
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: FR2687748B1

Abstract

This plate made of elastic material includes flutings (4) on its internal face and, on its external face, relieved parts (7) in the form of truncated pyramids on a rectangular base located in rows parallel to the flutings, the bases of the pyramids being located alternately in the extension of one another with their long sides parallel to the flutings and parallel to one another with their long sides perpendicular to the flutings.

Description

La présente invention concerne une structure composite pour l'amortissement de vibrations émises ou reçues par un ensemble reposant sur cette structure. The present invention relates to a composite structure for the damping of vibrations emitted or received by an assembly resting on this structure.

Dans son brevet français NO 2.348.402, le Demandeur a décrit des blocs amortisseurs de vibrations constitués d'au moins deux panneaux superposés en un matériau élastique présentant une durée Shore différente. Ces panneaux comportent respectivement, sur leur face externe, des plots déformables dont la section à l'état de repos varie en diminuant depuis leur base jusqu'à leur sommet. In French Patent No. 2,348,402, the Applicant has described vibration damping blocks consisting of at least two superimposed panels of an elastic material having a different Shore duration. These panels respectively comprise, on their outer face, deformable pads whose section in the state of rest varies by decreasing from their base to their summit.

Ces plots sont, par exemple, disposés en quinconce sur chaque face et, de préférence, un plot d'une face d'un panneau correspond à un évidement de la face correspondante de l'autre panneau.These pads are, for example, staggered on each side and, preferably, a pad of one side of a panel corresponds to a recess of the corresponding face of the other panel.

Dans une forme de réalisation représentée sur la figure 3 du brevet précité, les faces en contact des deux éléments constitutifs de ces blocs amortisseurs comportent des cannelures longitudinales ayant, en coupe transversale, la forme d'une ligne sinusoedale ou en créneaux ou encore en dents de scie. Les parties en saillie de l'une des faces sont imbriquées dans les parties en creux de l'autre face et, du fait de leur dureté différente, elles préviennent la propagation des ondes transversalement à la direction des cannelures. In one embodiment shown in FIG. 3 of the aforementioned patent, the faces in contact of the two constituent elements of these damping blocks comprise longitudinal grooves having, in cross-section, the shape of a sinusoidal or crenellated line or teeth. of saw. The projecting portions of one of the faces are nested in the recessed portions of the other face and, because of their different hardness, they prevent the wave propagation transversely to the direction of the flutes.

Ayant constaté qu'avec de tels blocs amortisseurs de vibrations, les ondes vibratoires pouvaient se propager dans le sens longitudinal en suivant les cannelures des plaques, le Demandeur a ensuite proposé, dans le brevet européen NO 0021.958, dans lequel il était mentionné comme unique inventeur, de réaliser une structure composite antivibratoire constituée d'au moins deux plaques superposées en des matériaux élastiques présentant respectivement une dureté Shore différente, ces plaques comportant, sur leur face externe des plots déformables, tandis que leurs faces en contact mutuel comportent des cannelures rectilignes de profil complémentaire, les parties en saillie des cannelures de chaque face étant emboîtées dans les parties en creux correspondantes de l'autre face, cette structure antivibratoire étant caractérisée en ce que les parties en saillie desdites cannelures sont fendues, sensiblement depuis leur base, à intervalles de préférence réguliers, par des découpes transversales. Having found that with such vibration damping blocks, the vibratory waves could propagate in the longitudinal direction following the grooves of the plates, the Applicant then proposed in European Patent No. 0021,958, in which he was mentioned as sole inventor , to produce an antivibration composite structure consisting of at least two superimposed plates of elastic materials respectively having a different Shore hardness, these plates having, on their outer face, deformable pads, while their faces in mutual contact comprise straight grooves of complementary profile, the projecting portions of the grooves of each face being fitted into the corresponding recessed portions of the other face, this antivibration structure being characterized in that the projecting parts of said grooves are split, substantially from their base, at intervals preferably regular, by s transverse cuts.

Ces découpes transversales, qui interrompent périodiquement les parois latérales desdites cannelures, s'opposent ainsi de façon particulièrement simple à la propagation longitudinale des ondes vibratoires dans la direction de ces cannelures. These transverse cuts, which periodically interrupt the side walls of said flutes, thus oppose in a particularly simple way to the longitudinal propagation of the vibratory waves in the direction of these flutes.

Ce perfectionnement s'appliquait aussi bien aux cannelures dont le profil, en coupe transversale, est en dents de scie ou sinusoTdal, qu'à celles dont le profil transversal a la forme de créneaux. This improvement was equally applicable to grooves whose profile, in cross-section, is sawtooth or sinusoidal, and to those whose transverse profile is in the form of crenellations.

En poursuivant ses travaux sur de telles structures, le Demandeur a constaté que les systèmes de la technique antérieure présentent un taux insuffisant d'absorption des vibrations à basses fréquences, inférieures à 200Hz et, plus particulièrement, des fréquences inférieures à lOOHz. Continuing its work on such structures, the Applicant has found that the systems of the prior art have an insufficient rate of vibration absorption at low frequencies, below 200 Hz and, more particularly, at frequencies below 100 Hz.

Par ailleurs, avec les systèmes connus, notamment ceux qui comportent à leur surface externe des plots tronconiques sur lesquels reposent des machines émettant ou recevant des vibrations que l'on désire amortir, on constate que les structures risquent de provoquer un mouvement d'oscillation à basse fréquence de ces machines, en particulier si celles-ci possèdent une fréquence propre d'oscillation1 qui risque d'entrer en résonance avec l'oscillation des plots. Moreover, with the known systems, especially those which have on their outer surface frustoconical studs on which machines emitting or receiving vibrations that one wishes to dampen, it is found that the structures may cause an oscillation movement to low frequency of these machines, especially if they have a natural frequency oscillation1 which may resonate with the oscillation of the pads.

La présente invention vise à remédier à ces inconvénients de la technique connue en proposant une structure antivibrations qui soit apte à amortir des vibrations d'une fréquence inférieure à 200Hz et même à 100Hz. The present invention aims to overcome these drawbacks of the known art by providing an anti-vibration structure that is capable of damping vibrations of a frequency less than 200 Hz and even 100 Hz.

L'invention vise également à proposer une structure de ce type qui ne puissse osciller de façon appréciable sous l'effet des vibrations qui lui sont transmises. The invention also aims to propose a structure of this type which can not oscillate appreciably under the effect of vibrations transmitted to it.

L'invention a encore pour but de proposer une telle structure qui présente conjointement une bonne élasticité, favorable à l'amortissement des vibrations, et une excellente résistance mécanique, malgré l'effet néfaste de cettte dernière caractéristique sur l'amortissement. Another object of the invention is to propose such a structure which has a good elasticity, which is favorable to vibration damping, and excellent mechanical strength, despite the detrimental effect of this last characteristic on damping.

Enfin, l'invention a pour but de proposer une structure de ce type qui puisse être fabriquée aisément, moyennant un coût réduit. Finally, the object of the invention is to propose a structure of this type that can be easily manufactured at a reduced cost.

A cet effet, la présente invention a pour objet une structure composite pour l'amortissement de vibrations, du type comprenant des plaques superposées en des matériaux élastiques présentant des duretés Shore différentes, ces plaques étant en contact mutuel par des faces comportant des cannelures rectilignes de profil complémentaire, les parties en saillie des cannelures de chaque face étant emboîtées avec des plans de joint libres dans les parties en creux correspondants de l'autre face, cette structure étant caractérisée en ce qu'elle comporte trois plaques ainsi imbriquées, à savoir deux plaques externes en un matériau dur ayant une dureté Shore d'au moins 45, et une plaque intercalaire en un matériau souple et résilient, ayant une dureté Shore d'au plus 30. For this purpose, the subject of the present invention is a composite structure for damping vibrations, of the type comprising superposed plates made of elastic materials having different Shore hardnesses, these plates being in mutual contact with faces having straight flutes of complementary profile, the projecting portions of the grooves of each face being interlocked with free joint planes in corresponding recessed portions of the other face, this structure being characterized in that it comprises three plates thus interleaved, namely two external plates made of a hard material having a Shore hardness of at least 45, and an interposed plate of flexible and resilient material having a Shore hardness of not more than 30.

Dans une telle structure, l'effet d'amortissement est naturellement dévolu à la plaque centrale résiliente et aux plans de joints libres entre matériaux de dureté différente, tandis que les couches externes apportent la résistance mécanique désirée pour la structure. In such a structure, the damping effect is naturally devolved to the resilient central plate and the free joint planes between materials of different hardness, while the outer layers provide the desired mechanical strength for the structure.

Les duretés Shore des plaques externes pourront être identiques ou différentes. Elles seront généralement de l'ordre de 50, afin que les plaques puissent résister à une charge relativement importante. La surface d'appui de ces plaques sera naturellement choisie en fonction de l'importance de la masse de la charge à supporter. Shore hardness of the outer plates may be the same or different. They will generally be of the order of 50, so that the plates can withstand a relatively large load. The bearing surface of these plates will naturally be chosen according to the importance of the mass of the load to be supported.

La dureté Shore de la plaque intercalaire sera habituellement de l'ordre de 25. Shore hardness of the spacer plate will usually be in the range of 25.

L'imbrication des plaques par des profils complémentaires évitera qu'elles risquent de se séparer en cours d'utilisation. The nesting of the plates by complementary profiles will prevent them from being separated during use.

L'épaisseur de la couche intercalaire dépendra de la fréquence des vibrations que l'on souhaite amortir. En effet, sous l'effet des vibrations, il est connu qu'une couche en un matériau souple et résilient peut varier très sensiblement d'épaisseur, la rétraction variant avec l'épaisseur de la plaque, comme indiqué dans le Tableau suivant:
TABLEAU

The thickness of the intermediate layer will depend on the frequency of vibration that is to be damped. Indeed, under the effect of vibrations, it is known that a layer made of a flexible and resilient material can vary very substantially in thickness, the retraction varying with the thickness of the plate, as indicated in the following Table:
BOARD

<tb> : <SEP> Fréquence <SEP> (Hz) <SEP> : <SEP> Contraction <SEP> (mm)
<tb> ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ <SEP> ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~, <SEP>
<tb> <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 9,9
<tb> <SEP> 6 <SEP> : <SEP> 6,9
<tb> <SEP> 7 <SEP> : <SEP> 5,1
<tb> <SEP> 8 <SEP> : <SEP> 3,9
<tb> <SEP> 9 <SEP> : <SEP> 3,1
<tb> <SEP> 10 <SEP> 2,5
<tb>
Plus la fréquence est basse et plus la couche intercalaire doit pouvoir se rétracter. Dans la pratique, il faudra donc tenir compte de ce facteur, en choisissant une épaisseur de couche intercalaire adaptée à la fréquence des vibrations à amortir. Pour les basses fréquences usuelles, cette épaisseur sera généralement comprise entre 10 et 15 millimètres.<tb>: <SEP> Frequency <SEP> (Hz) <SEP>: <SEP> Contraction <SEP> (mm)
<tb> ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ <SEP> ~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~, <SEP>
<tb><SEP> 5 <SEP>: <SEP> 9.9
<tb><SEP> 6 <SEP>: <SEP> 6.9
<tb><SEP> 7 <SEP>: <SEP> 5.1
<tb><SEP> 8 <SEP>: <SEP> 3.9
<tb><SEP> 9 <SEP>: <SEP> 3.1
<tb><SEP> 10 <SEP> 2.5
<Tb>
The lower the frequency, the more the interlayer needs to retract. In practice, this factor will have to be taken into account by choosing an intermediate layer thickness adapted to the frequency of the vibrations to be damped. For the usual low frequencies, this thickness will generally be between 10 and 15 millimeters.

Afin de supprimer toute oscillation des parties de la surface externe servant d'appui à des machines dont on désire amortir les vibrations, ou que l'on souhaite protéger des vibrations extérieures, ces parties auront avantageusement la forme de pyramides tronquées à section rectangulaire, disposées suivant des ranges dirigées suivant les cannelures des plaques et dans lesquelles les grandes longueurs de la base de ces pyramides est alternativement parallèle ou perpendiculaire à ces cannelures. In order to eliminate any oscillation of the parts of the external surface serving as support for machines whose vibration is to be damped, or which it is desired to protect from external vibrations, these parts will advantageously have the shape of truncated pyramids with a rectangular section, arranged following ranges directed along the splines of the plates and in which the long lengths of the base of these pyramids is alternately parallel or perpendicular to these grooves.

Tout , matériau présentant les duretés Shore appropriées pourra être utilisé pour réaliser les plaques de la structure conforme à l'invention, par exemple un polyuréthane ou un caoutchouc à base de chloroprène tel que le Néoprène (marque déposée). Any material having the appropriate Shore hardness may be used to make the plates of the structure according to the invention, for example a polyurethane or a chloroprene rubber such as Neoprene (trademark).

Avantageusement, un additif apte à réduire l'échauffement sera incorporé dans le matériau constitutif de la plaque intercalaire. En effet, la vibration de cette plaque intercalaire provoque un échauffement de celle-ci qui peut être relativement important. Pour éviter les problèmes posés par cet échauffement, le Demandeur a établi qu'on peut judicieusement incorporer dans le matériau de cette plaque des lamelles de mica micronisé, qui favorisent le transfert des calories vers les bords de la plaque, où elles sont évacuées par contact avec l'atmosphère. Advantageously, an additive capable of reducing the heating will be incorporated in the material constituting the intermediate plate. Indeed, the vibration of this intermediate plate causes a heating thereof which can be relatively important. In order to avoid the problems posed by this heating, the Applicant has established that micronised mica lamellae, which promote the transfer of the calories towards the edges of the plate, where they are evacuated by contact, can be judiciously incorporated into the material of this plate. with the atmosphere.

Le dessin annexé, qui nota pas de caractère limitatif, illustre une forme de mise en oeuvre de l'invention. La figure unique de ce dessin est une vue en perspective éclatée, avec arrachement, de la structure conforme à l'invention. The appended drawing, which noted no limiting character, illustrates one embodiment of the invention. The single figure of this drawing is an exploded perspective view, broken away, of the structure according to the invention.

Comme on le voit sur la cette figure, cette structure comprend, deux plaques externes, à savoir, respectivement, une plaque supérieure 1, sur laquelle prendra appui la structure à protéger des vibrations ou dont on désire amortir les vibrations, et une plaque inférieure 2, destinée à prendre appui sur le sol ou sur un support. As seen in this figure, this structure comprises two external plates, namely, respectively, an upper plate 1, which will support the structure to protect vibrations or whose vibration is desired to dampen, and a lower plate 2 , intended to rest on the ground or on a support.

Entre ces deux plaques est interposée une plaque intercalaire 3. Les plaques 1, 2 et 3 présentent, sur leurs faces en contact mutuel, des profils crénelés complémentaires 4, 5 et 6, définis par des cannelures rectilignes parallèles, qui permettent de les imbriquer étroitement les unes dans les autres, en laissant libres leurs plans de joint. Dans le cas présent, les cannelures ont une section transversale triangulaire, mais on pourrait naturellement adopter un autre profil crénelé: trapézoidal, rectangulaire, sinusofdal, ondulé, ou autre.Between these two plates is interposed a spacer plate 3. The plates 1, 2 and 3 have, on their faces in mutual contact, complementary crenellated profiles 4, 5 and 6, defined by parallel straight flutes, which allow them to be nested closely. one in the other, leaving free their joint plans. In this case, the flutes have a triangular cross section, but one could naturally adopt another crenellated profile: trapezoidal, rectangular, sinusofdal, corrugated, or other.

Les plaques 1, 2 et 3 sont par exemple en polyuréthane ou en un caoutchouc à base de chloroprène. The plates 1, 2 and 3 are for example polyurethane or a rubber based chloroprene.

Les plaques externes 1 et 2 sont relativement dures, de manière à présenter une résistance mécanique satisfaisante; leur dureté Shore sera de l'ordre de 50. En revanche, la plaque intercalaire 3 sera souple et résiliente et aura une dureté Shore de l'ordre de 25. The outer plates 1 and 2 are relatively hard, so as to have a satisfactory mechanical strength; their Shore hardness will be of the order of 50. On the other hand, the intermediate plate 3 will be flexible and resilient and will have a Shore hardness of the order of 25.

Cette plaque intercalaire se contractera sous l'effet des vibrations de basse fréquence de façon relativement importante, comme indiqué dans le Tableau ci-dessus. En outre, elle subira un échauffement appréciable et, de manière à pouvoir évacuer latéralement les calories vers l'atmosphère, des particules lamellaires de mica seront avantageusement incorporées dans le matériau constitutif de cette plaque, comme expliqué ci-dessus.This spacer plate will contract under the effect of low frequency vibrations relatively large, as shown in the table above. In addition, it will undergo appreciable heating and, so as to laterally evacuate the calories to the atmosphere, lamellar particles of mica will advantageously be incorporated into the material constituting this plate, as explained above.

La surface inférieure ou surface externe de la plaque inférieure 2 sera plane, mais, pour éviter tout ripage du matériel supporté par la plaque supérieure 1 et toute oscillation des parties de celle-ci qui serviront de point d'appui, sa surface supérieure comportera des parties en saillie 7, en forme de pyramide tronquée à base rectangulaire, dont la face supérieure formera surface d'appui par le matériel supporté. Comme représenté sur le dessin, les parties en saillie 7 sont disposées suivant des rangées parallèles aux cannelures de la face inférieure de la plaque 1, alternativement dans 1 prolongement les unes des autres, avec les grands catés de leur base disposés parallèlement aux cannelures, et en parallèle, avec les grands c8tés de leur base disposés perpendiculairement à ces canneluresz
On notera que les plaques cods t itut Lves de cette structure antivibratoire peuvent être aisément réalisées par moulage moyennant un coût minime.The lower surface or outer surface of the lower plate 2 will be flat, but in order to avoid any shifting of the material supported by the upper plate 1 and any oscillation of the parts thereof which will serve as a fulcrum, its upper surface will comprise protruding portions 7 in the form of a truncated pyramid with a rectangular base, the upper face of which will form a bearing surface by the supported material. As shown in the drawing, the projecting parts 7 are arranged in rows parallel to the grooves of the lower face of the plate 1, alternately in an extension of one another, with the large classes of their base arranged parallel to the grooves, and in parallel, with the large sides of their base arranged perpendicular to these grooves
It should be noted that the coded plates of this antivibration structure can be easily made by molding at a minimal cost.

L'invention apporte donc un moyen simple et peu coûteux pour la réalisation d'une structure d'amortissement des vibrations qui est efficace pour des vibrations de basse fréquence et qui évite tout déplacement néfaste des machines qu'elles supportent. The invention thus provides a simple and inexpensive means for producing a vibration damping structure that is effective for low frequency vibrations and avoids any harmful movement of the machines they support.

Claims

1 - Plate of elastic material for composite structure for vibration damping, characterized in that it comprises splines (4) on its inner face and, on its outer face, parts in relief (7) in the form of a pyramid truncated rectangular base.

2 - Plate according to claim 1, characterized in that the raised portions (4) shaped truncated pyramid with a rectangular base are arranged in rows parallel to the grooves, the bases of the pyramids being arranged alternately in the extension of each other , with their long sides parallel to the grooves, and parallel to each other, with their long sides perpendicular to the grooves.