FR2786545A1 - Element de ressort en matiere composite renforcee par des fibres avec integration de couches molles - Google Patents

Element de ressort en matiere composite renforcee par des fibres avec integration de couches molles Download PDF

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Abstract

Elément de ressort pour des charges importantes.Cet élément (1) se compose d'au moins deux couches rigides en poussée (21, 22) et d'au moins une couche (23) souple en poussée adjacente aux précédentes couches, et au moins cette couche souple en poussée (23) est reliée suivant la surface d'application commune à au moins deux des couches rigides en poussée (21, 22).

Description

La présente invention concerne un élément de res-
sort pour des charges importantes.
Les ressorts en matière composite renforcée par des fibres se sont développés d'une manière non négligeable sous la forme de ressorts- lames.
Les conditions imposés à de tels ressorts concer-
nent généralement la transmission de charges importantes as-
sociée à une faible rigidité.
On connaît des ressorts par exemple pour des
châssis pivotants de véhicules ferroviaires, formés essen-
tiellement en une matière très largement homogène comme par exemple de l'acier. Ces ressorts sont chargés en particulier
d'une manière très importante en flexion et en cisaillement.
Comme on obtient seulement une forte rigidité en flexion et en poussée par la mise en oeuvre d'une quantité importante de matière, on ne peut associer souvent que très difficilement, les faibles rigidités exigées et les grandes longueurs pour les ressorts. Un autre inconvénient qui en découle, notamment dans des montages de ressort pour des châssis pivotants de
véhicules ferroviaires est que ceux-ci se composent principa-
lement d'une suspension primaire, c'est-à-dire d'une suspen-
sion au niveau des paliers de roue et d'une suspension secondaire résultant de la souplesse du châssis pivotant et
du montage de la cellule sur un châssis pivotant. Pour at-
teindre la souplesse de ressort exigée, on prévoit dans ces conditions plusieurs éléments de ressort. Il en résulte une mise en oeuvre relativement importante de composants, ce qui
se répercute sur la fabrication et l'entretien de tels châs-
sis pivotants.
La présente invention a pour but de développer un élément de ressort destiné notamment à des châssis pivotants de véhicule ayant une rigidité de ressort réduite avec en même temps une capacité plus importante de réception de charge. A cet effet, la présente invention concerne un élément de ressort du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que cet élément se compose d'au moins deux couches rigides
en poussée et d'au moins une couche souple en poussée adja-
cente aux précédentes couches, et au moins cette couche sou-
ple en poussée reliée suivant la surface d'application com-
mune à au moins deux des couches rigides en poussée.
Les éléments de ressort selon l'invention ont une faible rigidité avec en même temps une capacité particulière-
ment importante pour recevoir des charges élevées. Cela per-
met de simplifier les montages de ressorts, par exemple dans
la construction de véhicules, car plusieurs éléments de res-
sort qui coopèrent dans de tels dispositifs, peuvent être
remplacés par un ressort relativement plus souple, mais sus-
ceptible d'être chargé de manière plus importante.
Un autre avantage de l'invention est que la rigi-
dité de ressort de l'élément de ressort selon l'invention peut être adaptée de manière précise par la conception des couches intermédiaires souples, grâce à leur épaisseur et à
leur nombre, si bien qu'avec des moyens simples, on peut réa-
liser la fonction de ressort selon chaque application.
De manière avantageuse, l'élément de ressort se-
lon l'invention permet aussi par un choix approprié de la ma-
tière des couches intermédiaires, d'adapter les caractéris-
tiques d'amortissement de cet élément, de manière précise
suivant les exigences dynamiques respectives.
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 montre la construction d'un élément de ressort selon l'invention avec des couches souples, intégrées, - la figure 2 montre le comportement à la déformation d'un ressort de flexion selon l'état de la technique, - la figure 3 montre le comportement à la déformation de
l'élément de ressort selon l'invention, cet élément repré-
senté ayant deux couches rigides en poussée entre lesquel-
les se trouve noyée une couche souple en poussée.
Selon la figure 1, l'élément de ressort 1, com-
porte plusieurs couches 5 rigides en poussée. Entre chaque fois deux couches 5 rigides en poussée, il y a une couche 7
souple en poussée.
Comme couche 5 rigide en poussée, on utilise de préférence une couche de matière composite renforcée par des fibres, par exemple une couche laminée de fibres de carbone, unidirectionnelles. Comme couche 5 rigide en poussée, on peut également utiliser de l'acier ou un autre matériau approprié. La couche 7 souple en poussée est de préférence
un élastomère comme par exemple un caoutchouc styrène-
butadiène. La liaison entre chaque fois une couche rigide en poussée 5 et une couche souple en poussée 7 se fait suivant l'état de la technique, par exemple en collant la couche 5 rigide en poussée à la couche 7 souple en poussée. Le collage
n'est pas nécessaire sur toute la surface de contact commune.
La couche souple en poussée doit être reliée à la couche ri-
gide en poussée le long des surfaces d'application respecti-
ves pour que les translations, par exemple sous l'effet des forces ou des couples, puissent se transmettre d'une couche à l'autre.
La comparaison des figures 2 et 3 montre le com-
portement différent à la déformation de l'élément de ressort selon l'invention par rapport à un ressort selon l'état de la
technique. La figure 2 montre le comportement à la déforma-
tion d'un ressort selon l'état de la technique. Le ressort
11, non chargé, encastré, s'étend dans la direction horizon-
tale à partir de l'encastrement. Le ressort est chargé par une force 13 qui produit une ligne de flexion 14, connue de
manière qualitative, ne présentant pas de point d'inflexion.
La figure 3 montre un mode de réalisation de
l'élément de ressort selon l'invention avec une première cou-
che 21 rigide en poussée, une seconde couche 22 rigide en poussée et une couche 23 souple en poussée, entre les deux couches 21 et 22. La couche 23 souple en poussée est reliée à chacune des couches 22, 23 rigides en poussée, adjacentes,
selon l'état de la technique, par exemple par collage. La fi-
gure 3 montre l'état de la technique selon lequel l'élément de ressort 1, encastré à une extrémité, est chargé au niveau de son extrémité libre par une force 24. Contrairement à la
ligne de flexion 14 qui se produit dans le cas du ressort se-
lon l'état de la technique (figure 2) dans le cas de l'élément de ressort 1 selon l'invention, on aura une ligne de flexion avec un point d'inflexion 25. La forme en S de la ligne de flexion s'obtient en ce que lorsque l'élément de ressort 1 est chargé, entre ses zones de flexion locales 31, il y a une zone 33 dans laquelle, contrairement aux zones 31
situées près des endroits o est induite une force respec-
tive, il n'y a pratiquement pas de flexion ou au moins une flexion beaucoup plus faible, avec une déformation en poussée
dans la couche souple en poussée 23.
Par rapport à un ressort ayant la même surface de section, dans le cas de l'élément de ressort 1 selon l'invention, la surface de section effective des couches 21, 22 rigides en poussée ne correspond qu'à une fraction de la surface totale de la section utilisée complètement selon
l'état de la technique avec de la matière rigide en poussée.
Grâce à la partie de la couche souple en poussée 23 dans la surface de la section, l'élasticité de l'élément de ressort 1 selon l'invention est beaucoup plus importante que dans l'état de la technique. Inversement pour une même élasticité, on peut augmenter la capacité de charge de l'ensemble de l'élément de ressort 1 en intégrant des couches 23 souples en poussée. Ainsi par comparaison avec des ressorts selon l'état de la technique, on a un élément de ressort 1 qui est souple
et peut en même temps transmettre des charges importantes.
Grâce à au moins une couche 23 souple en poussée,
intégrée, on peut avoir un amortissement de structure supplé-
mentaire de façon à réduire la charge dynamique de l'ensemble de la structure portée par l'élément de ressort 1. De plus
cela permet d'amortir le bruit.
Grâce à une construction appropriée, on obtient
une pièce souple en torsion.
Le nombre de couches rigides en poussée 21, 22 et d'au moins une couche 23 souple en poussée, dépend de l'application à laquelle est destiné l'élément de ressort 1 selon l'invention. Ainsi, selon l'invention, on a au moins deux couches rigides en poussée 21, 22 et au moins une couche souple en poussée 23. Il ne s'agit toutefois pas de couches s'étendant horizontalement. Au contraire, les couches peuvent
également être bombées et en particulier être rondes ou cou-
dées. Toutefois selon l'invention, au moins dans une direc-
tion de charge, il y a au moins une couche rigide en poussée 21, 22 et au moins une couche souple en poussée 23 superpo-
sées et reliées les unes aux autres.
Les caractéristiques de l'élément de ressort 1
peuvent être influencées par une sélection appropriée du nom-
bre, de l'épaisseur et de la nature de la matière des couches 21, 22, 23. Par une sélection adéquate du nombre, de l'épaisseur et de la nature de la matière des couches 21, 22, 23 et en particulier au moins de la couche souple en poussée 23, on peut régler la rigidité et l'amortissement de l'élément de ressort 1 selon l'application. Ainsi, on peut modifier la matière d'une ou plusieurs couches 21, 22, 23. De
plus cela permet de modifier l'épaisseur des couches respec-
tives 21, 22, 23 ainsi que le nombre de ces couches 21, 22, 23. Par une sélection appropriée de la matière des couches
21, 22, 23 et notamment d'au moins une couche souple en pous-
sée 23, on peut régler la caractéristique d'amortissement du ressort- lame à l'application respective. En modifiant au
moins une couche souple en poussée 23, on peut adapter la ri-
gidité en poussée de l'élément de ressort 1.
L'élément de ressort 1 selon l'invention peut être prévu pour recevoir des pièces de n'importe quel type, notamment une cellule de véhicule. Grâce à la souplesse de l'élément de ressort 1, on économise de la place de montage et en même temps on obtient une grande souplesse et une
grande capacité de charge. Cela permet de remplacer par exem-
ple plusieurs éléments de ressort de l'état de la technique
par un seul élément de ressort 1 selon l'invention.

Claims (7)

R E V E N D I C A T I ON S
1 ) Elément de ressort pour des charges importantes, caractérisé en ce que cet élément (1) se compose d'au moins deux couches rigides en poussée (21, 22) et d'au moins une couche (23) souple en poussée adjacente aux précédentes couches, et au moins cette couche souple en poussée (23) est reliée suivant la surface d'application commune à au moins deux des couches rigides en
poussée (21, 22).
2 ) Elément de ressort selon la revendication 1, caractérisé en ce que
les couches rigides en poussée (21, 22) sont en matière com-
posite renforcée par des fibres.
3 ) Elément de ressort selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière composite renforcée par des fibres est un produit
laminé à fibres de carbone, unidirectionnelles.
4 ) Elément de ressort selon la revendication 1, caractérisé en ce que
la couche rigide en poussée (21, 22) est en acier.
5 ) Elément de ressort selon l'une des revendications précé-
dentes, caractérisé en ce que
la couche souple en poussée est en un élastomère.
6 ) Elément de ressort selon la revendication 5, caractérisé en ce que
l'élastomère est du caoutchouc de styrène-butadiène.
7 ) Elément de ressort selon l'une ou plusieurs des revendi-
cations précédentes, caractérisé en ce que le nombre des couches rigides en poussée (21, 22) et celui
des couches souples en poussée (23) sont variables.
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