FR2737271A1 - Amortisseur sensible a l'acceleration - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un mécanisme réagissant en phase à l'accélération de sa tige 19 et tendant à s'opposer au déplacement de celle-ci. Le mécanisme se comporte comme une pseudo masse, celle-ci peut être considérable par rapport à la masse réelle du mécanisme. Le mécanisme se caractérise par le fait que toute accélération de la tige entraîne et dépend de l'accélération d'une colonne de fluide de petite section (s) et de grande longueur. Par effet de multiplication hydraulique (lié au rapport entre la surface S du piston et la surface s de la colonne) l'accélération communiquée à la colonne peut être de plusieurs ordre de grandeur supérieure à l'accélération réelle de la tige. La pseudo masse est dans le rapport de S**2/s grâce à cette "multiplication hydraulique" on aboutit donc à des masses apparentes de tige énorme et très facilement réglable.

Description

DOMAINE D 'APPLICA TISON:
La présente invention concerne les amortisseurs de suspension, de choc, de contrôle de lacet
(transport et industrie).

ETA T DE a TECHNIOUE:
Dans de nombreuses applications, il est nécessaire d'amortir des systèmes élastiques. Un système masse ressort simple à tendance à entrer en vibration. On a actuellement recours à des
amortisseurs sensible à la vitesse pour contrôler de tels phénomènes.

Le problème lié à ces amortisseurs dit à visquance > ) est qu'ils sont en retard de phase (de 900) par rapport à l'excitation.

Ainsi, par exemple, lors d'un impact, la tige de l'amortisseur ne réagit pas, lorsque s'installe une accélération Gp , On doit attendre l'apparition d'une vitesse V (V = Gp.dt + V0)
avant que l'amortisseur commence à freiner le mouvement (dt = pas de temps , V0 = vitesse initiale).

Ceci peut s'avérer très pénalisant pour certains mécanismes où la rapidité de la réaction est utile.

* Par exemple:
- Les amortisseurs anti lacet des bogies de trains,
- Les systèmes d'arrêt d'urgence de sécurité à détecteurs de chocs sur certains
véhicules automatiques,
- Les suspensions de véhicules, * Notons enfin que les amortisseurs à visquance sont très sensibles à la température qui fait évoluer la viscosité du fluide.

L'invention vise à pouvoir donner une réDonse en Dhase avec l'excitation ou son contre coup (lâché de l'excitation). Il agit donc proportionnellement à l'accélération et se comporte comme une masse virtuelle ou pseudo inertie.

Plus particulièrement la présente invention a pouur objet un amortisseur caractérisé par le fait qu'il comporte un cylindre un piston monté coulissant dans ledit cylindre, ledit piston divisant ledit cylindre en deux volumes, un fluide ayant une viscosité déterminée, un canal de grande longueur et de petites sections reliant au moins les deuxdits volumes.

Selon une autre caractéristique de la présente invention ledit canal est réalisé dans ledit piston.

Selon une autre caractéristique de la présente invention ledit canal est réalisé dans la paroi dudit cylindre.

Selon une autre caractéristique de la présente invention la viscositédudit fluide a une valeur très faible.

Selon une autre caractéristique de la présente invention ledit fluide présente une masse volumique très élevée.

Selon une autre caractéristique de la présente invention ledit canal présente une forme en arc de cercle et/ou arcs de cercles concentriques
Selon une autre caractéristique de la présente invention ledit canal présente une forme en hélice
Selon une autre caractéristique de la présente invention ledit canal affecte une forme en spirale
PRINCIPE DE BASE DE L 'INVENTION: (Fig. I)
L'amortisseur, comporte un corps 20 dans lequel coulisse un piston O poussé par une tige 19.

Un fluide remplit complètement l'amortiseur et un système de compensation du volume déplacé par la tige(46 fig. ld) se trouvent soit en bout de l'amortisseur, soit, comme c'est le cas pour la fig. 1, il est situé dans un réservoir séparé relié à l'amortisseur par un conduit aboutissant au picage 21 (fig. 1) et éventuellement 21b (fig. Id).

Lorsque le piston O se déplace, il chasse du fluide, qui passe d'un côté à l'autre du piston, en empruntant un conduit par exemple 4 (fig.3).

Ce conduit à une petite section (s) comparée à celle (S) du piston. Par ailleurs on s'arrange pour que la longueur du conduit (l) soit la plus longue possible.

On peut écrire Fp = dp.S
Avec dp = Pression créée par le piston.

Lorsque le piston subit une force Fp il doit accélérer (Gf) une colonne de fluide de masse m = mv*l*s (avec mv = masse volumique).

Dans le tube fluide on peut écrire Ff = dp.s = m* Gf
On a donc l'équation dp = mv *l* Gf
Pour respecter la conversation des débits. On peut poser
Gp*S = Gf *s donc dp = mv *l*S/s* Gp
Ce qui induit Fp=n1v *l*S2/s* Gp
Gp est l'accélération du piston (donc de la tige).

Le terme (m,*I*S2/s) est analogue à une inertie.

On peut maximiser cette pseudo inertie en jouant sur la masse volumique du fluide, sur la longueur du conduit, mais, surtout sur le rapport entre S et s. On a donc intérêts à minimiser s et surtout à accroître S (puisqu'il intervient au carré).

Toutefois il ne faut pas perdre de vue que l'amortissement visqueux va croître lui aussi avec la réduction du diamètre et la longueur du conduit.

Si on veut privilégier la fonction inertance par rapport à la fonction < ( visquance , il est préférable de choisir un fluide le moins visqueux possible.

Ainsi, par exemple, I'eau (glycolée) est elle un excellent fluide, de même que le mercure,
I'alcool etc. Naturellement, tout fluide hydraulique classique ainsi que les silicones sont utilisables.

"Travaillant " sur la masse volumique, I'amortisseur est très peu sensible à la température par rapport à l'amortisseur.

DESCRIPTIF DES FIGURES:
La figure 1 montre un piston O activé par une tige 19 dans une chemise 20.

La buté 15, le joint statique 16, le joint dynamique 17, le joint racleur 18 et le conduit 21 font partie de l'art antérieur, de même que l'écrou de réglage 26 avec sa traverse 25 et l'aiguille 23.

Le conduit radial 24 débouche sur le conduit axial 24B.

Au sommet de ce conduit est disposé un clapet permettant de condamner un sens d'écoulement du fluide dans l'amortisseur.

A cette fin l'écrou 14 présente un trou 39 et porte une bille 27 poussé par un ressort 28.

L'axe 29, porte un empilage de disque (1, 2 et 3) (fig. la) constituant le piston O. Une rondelle élastique 13 assure le tassement du système. Chaque disque porte sur ses deux faces des rayures symétriques 4 et 6 séparées par une paroi 5.

Cette paroi est interrompue par un trou 7 bordé par des déviateurs 8 et 9.

Préférentiellement, les déviateurs de type 8 et 9 dépassent de leur disque support et affleurent la paroi 5 du disque voisin.

La zone de type A est une zone plus ou moins longue perdue .

La zone de type B est la zone < ( utile de chaque canal (constituée par les canaux en arcs de cercle 4 et 6) en regard.

En faisant tourner un disque par rapport à l'autre, on allonge la zone de type A et donc on raccourcit la longueur utile (de type B) ce qui permet d'ajuster inertance.

Suivant le sens de pose du clapet, situé dans l'écrou 14, ou si le trou 39 (ou le canal 24 b) est supprimé, on peut changer le sens d'évanouissement de l'amortisseur ou avoir l'amortisseur actif dans les deux sens.

Les zones 10 entre les disques sont préférentiellement légèrement striées pour garder le réglage angulaire. La rondelle élastique 13 assurant le tassement. Pour changer le réglage de l'amortisseur, on comprime l'amortisseur à fond puis on le tourne et on utilise alors l'ergot 12 qui entraîne le téton 30 (ou le déviateur 9 qui dépasse du dernier disque).

Remarque, pour simplifier le dessin fig. la nous n'avons dessiné qu'un jeu de rainures par face de disque. On peut imaginer plusieurs jeux et préférentiellement deux jeux travaillant en compression et un jeu en détente. Voir figure 1 b.

La rondelle 33 poussée par la rondelle élastique 13 ferme complètement le canal 6 b inférieur et à donc une fonction de clapet (fermé en détente).

La figure 2 présente une variante dans laquelle deux (ou plusieurs) disques 1 et 2 sont séparés par une rondelle 10 solidaire ou faisant partie du disque 1 fig. 2A
Chaque disque comporte un trou central 29 et une saignée en forme préférentiellement de spirale 4.

La face supérieure 10 du disque 1 à l'allure présentée en vue de dessus. On distingue un ergot 30 qui dépasse vers le haut de la rondelle 10 et pénètre dans une saignée borgne 31 de la rondelle 5. Remarque la rondelle 5 à un téton 30' qui dépasse à sa surface.

Le trou 31' du disque 1 reçoit l'ergot 30 de son disque adjacent 5.

Les rondelles 10 et 5 portent de plus une saignée en hélice inversée. L'intersection des saignées 27 et 28 définie un trou de communication 7 et 7B entre la spirale taillée dans le disque 1 et celle du disque 2 (fig. 2b).

Suivant la position angulaire d'un disque par rapport à l'autre l'intersection des saignées se fait près de l'axe 29 (où à l'autre extrémité de la spirale). On a donc la possibilité de neutraliser plus où moins la longueur de la spirale de l'amortisseur en jouant sur la position angulaire, des disques.

En fait, préférentiellement, les saignées 27 et 28 sont composées d'une série de trous discontinus. Comme le montre les figures 2a et 2b.

La figure 3 (et 3A) présente une hélice constituée par le canal vu en 4, 4b, et 4t fermé ou non par un tube 35.

La figure 3b montre deux hélices concentrique (il pourrait y en avoir plus) dont l'une est condamnée par un clapet (rondelle 33 et rondelle élastique 13).

Les deux corps 34 et 34b portant respectivement l'hélice 4 et 32.

La figure 4 montre comment il est possible de transposer le principe décrit à la figure 2 (et 2a) dans le cas de deux hélices co-axiales.

Les corps 34 et 34b portent ici sur une face l'hélice 4 (ou 32) et sur l'autre face deux saignée en hélice de sens opposé 27 et 28 (préférentiellement constituées par des trous discontinus 7 et 7b).

La figure 5 montre un système inréglable mais particulièrement compact constitué par une série de canaux discontinus 4 sur 34 et 6 sur 34b mis en relation par des trous 7 sur la paroi 10.

La figure 6 montre un corps 34 et un corps 34 b qui s'interpénètrent.

La figure 6 A présente une version où les canaux 4 et 6 sont une spirale.

Alors que la figure 6b présente le même principe pour une série d'arcs concentriques.

Les canaux 4 et 6 peuvent être mis en série ou en parallèle par un jeu de clapet de façon à modifier les lois entre la compression et la détente. De plus les corps 34 b et 34 pénétrant l'un dans l'autre, la hauteur des canaux est réglable en fonction d'une part de l'écrou 14 qui porte un téton d'entraînement 30, mais également par le fait que l'on peut mettre ou non une rondelle élastique (13).

Si la rondelle élastique 13 est présente, lorsque le piston se déplace vers B, la rondelle est écrasée et les canaux grandissent ! Inertance et visquance diminuent.

Si le piston va vers A, la rondelle est aidée par la pression , les canaux se ferment , visquance et inertance augmentent.

On peut utilement limiter la course avec des butées par exemple 14 b et 14 c.

La figure 7 présente une variante géométrique de la figure lb avec la philosophie de la figure 6.

Ici on utilise des anneaux d'élastomères(par exemple du silicone ou du caoutchouc) 36, 37, ou 38, l'élastomère est adhérisé ou juste pincé.

Lorsque l'écrou 14 est entraîné grâce à son téton 30 il comprime plus ou moins les anneaux de caoutchouc ce qui permet de faire varier la hauteur entre disque De plus l'élastomère faisant le tonneaux réduit les canaux radialement.

On réduit donc dans les deux dimensions la section de passage!
La figure 7A présente une solution avec arc de cercles concentriques (4, 4b).

Alors que la figure 7 B présente une solution équivalente avec spirale (spirales superposées 4, 4',4").

REAL4ROUES: * Les concepts des clapets présentés par les figures 1, lc, le s'étendent à toutes les autres figures.

La figures îc montre une variante du clapet situé dans l'écrou 14.

La bille 27 de la figure létant remplacée par une pièce 27 b. Cette pièce se caractérise par des ailes 40 (disque) qui soumises à un excès de pression entre A et B peuvent comprimer le ressort 28 et venir fermer les orifices de types 39. L'orifice 39b sert d'amortisseur au déplacement de 27 b dans l'alésage 41.

L'intérêt de cette configuration est de laisser un sens uniquement visqueux pour les petites excitations et de le rendre inertiel aux fortes sollicitations (par fermeture du passage 39).

La figure le montre une variante de clapets et en particulier du clapet constitué par la rondelle élastique 13 et la rondelle plate 33.

Si la pièce 43 est conservée ce clapet est toujours passant de B vers A. Par contre, la rondelle 33b se fermera sur le siège 42 si l'effort entre A et B est supérieur à la force du ressort 28.

L'intérêt de cette configuration est de garder l'amortisseur souple pour de petites excitations et de le durcir au-delà d'un certain seuil uniquement.

Les figures Sa et 5b montrent une variante de 5 dans lesquelles le circuit de fluide se fait de façon radiale entre des pièces en quinconce 44 et 45 de la figure 5a, qui délimitent des section de passage entre elles.

Ces sections de passage peuvent être soit des disques, soit des canaux plus où moins radiaux et préférentiellement des canaux en spirale (voir fig. 2)
La figure 5b montre des pièces 44 et 45 en quinconce qui délimitent des sections de passage concentriques entre elles.

Ces sections peuvent être des cylindres, des canaux plus où moins parallèles aux génératrices du cylindre ou préférentiellement des canaux en hélices (voir fig. 3 et 3b).

* Tous les fluides sont compatibles avec les concepts décrits dans ce brevet et en particulier ces fluides hydraulique classique. Toutefois, des fluides tel que le mercure, le sodium (fondu),
I'alcool, ou l'eau (glycolée de préférence) sont des produits particulièrement intéressants.

On notera en particuliers que grâce au sodium, il est possible de faire des inerteurs travaillant à très haute température dans des processus industriels ou un amortisseur à huile est en ébullition..

Utilisant les propriétés d'inertie du fluide l'amortisseur est peu sensible à la température par rapport à un amortisseur conventionnel.

* Les canaux présentés par la figure 5 sont dessinés suivant une géométrie en cylindre. On peut les confectionner également radialement.

* Tous les structures (hélices arcs, spirale etc.) qui ont été décrites dans le piston mobile O peuvent être fixées à une extrémité du tube 20, en O'
Le piston O est alors complètement étanche et porte un joint dynamique 17b.

Un tube 47 assure le retour de fluide de 21 à 21 b.

Le vase d'expansion 46 est lui-même intégré ou sortit de l'amortisseur (comme c'est le cas pour tous les autres dessins où par soucis de simplifier on l'a sortit de l'amortisseur et branché au picage 21.

* Le canal de retour 47 peut être une hélice, une spirale ou toute forme équivalente assurant un circuit de retour long.

En fait il peut être en soit la structure O' qui peut être intégralement analogue à ce qui a été décrit dans le piston. On peut en particulier imaginer une structure d'inerteur analogue à celles des amortisseurs bi-tubes. L'intervalle entre les deux tubes extérieur étant traité pour recevoir et constituer des canaux de retour long équivalent à ce qui a été décrit dans le piston.

Claims (8)

RE VENDICA TISONS:

1) Amortisseur caractérisé par le fait qu'il comporte un cylindre (20), un piston monté coulissant dans ledit cylindre, ledit piston divisant ledit cylindre en deux volumes, un fluide ayant une viscosité déterminée, un canal de grande longueur et de petites sections reliant au moins les deuxdits volumes.

2) Amortisseur selon la revendication 1 caractérisée par le fait que ledit canal est réalisé dans ledit piston.

3)Amortisseur selon la revendication 1 caractérisée par le fait que ledit canal est réalisé dans la paroi dudit cylindre.

4) Amortisseur selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que la viscosité dudit fluide a une valeur très faible.

5) Amortisseur selon l'une des revendications I à 4 caractérisé par le fait que ledit fluide présente une masse volumique très élevée.

6) Amortisseur selon l'une des revendications I à 5 caractérisé par le fait que ledit canal présente une forme en arc de cercle (4 et 6) et/ou arcs de cercles concentriques (4b et 6b).

7) Amortisseur selon l'une des revendications I à 5 caractérisé par le fait que ledit canal présente une forme en hélice (4, 32, 4t, 4b).

8) Amortisseur selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que ledit canal affecte une forme en spirale (4, 6, 4b, 6b)