PROCEDE ET DISPOSITIF DE MONTAGE D'UN ELEMENT AMORTISSEUR ENTRE DEUX AXES MECANIQUES CONCENTRIQUES DONT L'UN EST
SOUMIS A DES VIBRATIONS
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de montage d'un élément amortisseur entre deux axes mécaniques concentriques dont l'un est soumis à des vibrations. L'invention est notamment destinée à équiper les fourches et les tiges de selle pour cycle. On connaît divers systèmes amortisseurs destinés à amortir les vibrations entre deux éléments mécaniques dont l'un est soumis à des vibrations. En particulier, les systèmes télescopiques sont susceptibles de se déformer de manière à amortir principalement les chocs de grande amplitude, mais, à l'inverse, ils sont mal adaptés à atténuer les vibrations de faible amplitude, telles que les secousses transmises par le guidon ou la selle d'une bicyclette roulant sur un terrain accidenté. D'un autre côté, on connaît les silenceurs, autrement dénommés silentbloc, qui sont constitués par de petits blocs en caoutchouc traité et comprimé, interposés entre des pièces dont le mouvement relatif est très faible pour absorber les bruits et les vibrations ; la dureté des silenceurs, qui dépend du traitement qu'ils ont subi, n'est cependant pas réglable, et, de ce feit, on ne peut pas les adapter facilement aux conditions très diverses que l'on rencontre dans l'équipement de la fourche ou de la tige de selle d'un cycle.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de montage d'un élément amortisseur entre deux axes mécaniques concentriques, intérieur et extérieur, dont l'un est soumis à des vibrations, par lequel l'axe mécanique extérieur est monté coulissant autour de l'axe mécanique intérieur pour venir en appui positif sur l'une des faces dudit élément amortisseur, ce dernier étant constitué par un bloc en élastomère ou analogue, qui est alésé pour procurer un passage audit axe intérieur ; ce procédé est caractérisé en que ledit élément amortisseur est monté
précomprimé entre deux butées dont l'une au moins est réglable et dont l'autre est fixe par rapport audit axe intérieur.
On observera tout d'abord que le bloc en élastomère utilisé en tant qu'élément amortisseur est à différencier des silenceurs ou silentblocs déjà connus ; en effet, la précompression d'un bloc en élastomère normalement "non comprimé, et souvent utilisé comme tel pour amortir notamment les chocs brefs ou les impacts, n'est pas comparable à l'écrasement permanent des cellules d'un caoutchouc traité pour silenceurs. Ainsi, la précompression de l'élément amortisseur procure d'une part l'avantage de réduire au minimum le temps de réponse de cet élément à une sollicitation extérieure, et, d'autre part, permet de prédire exactement les conditions d'amortissement des vibrations de faible ou de moyenne amplitude qui composent cette même sollicitation ; dans cette configuration, l'élément amortisseur en élastomère remplit le rôle d'un filtre, et la précompression, dans ce cas, est tout à fait comparable à la polarisation électrique continue que l'on doit appliquer à un amplificateur ou à un filtre électronique pour que sa réponse à un signal d'entrée de faible amplitude soit parfaitement connue. La présente invention concerne également un dispositif pour le montage d'un élément amortisseur entre deux axes mécaniques concentriques, intérieur et extérieur, dont l'un est soumis à des vibrations, cet élément amortisseur étant constitué .par un bloc en élastomère ou analogue, qui est alésé pour procurer un passage audit axe intérieur, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte :
- un plongeur qui est monté intérieurement à l'axe mécanique extérieur pour venir en appui positif contre sur l'une des faces dudit élément amortisseur, et extérieurement à l'axe mécanique intérieur pour pouvoir au moins coulisser axialement autour de ce même axe,
- une butée montée fixe par rapport audit axe
intérieur, et contre laquelle vient s'appuyer la face opposée dudit élément amortisseur,
- et, enfin, une butée montée réglable le long dudit axe mécanique intérieur, du côté dudit plongeur qui est opposé audit élément amortisseur, de manière à limiter à une valeur maximale donnée l'encombrement de l'empilage axial dudit élément amortisseur et dudit plongeur.
De cette façon, la valeur de la précompression de l'élément amortisseur est réglée, selon l'invention, par le jeu des deux butées dont l'écartement est réglable, l'écrasement au repos dudit élément amortisseur dépendant en conséquence directement de la position de la butée montée mobile le long de l'axe mécanique intérieur.
Une autre possibilité de réglage du coefficient d'absorption des vibrations sollicitant l'axe mécanique intérieur est de choisir l'élément amortisseur parmi plusieurs matériaux en élastomère de duretés différentes.
Préférentiellement, on utilisera un matériau élastomère du type connu sous le nom commercial Schochten, qui est susceptible de procurer un amortissement supérieur à 50 %, en un temps correspondant à une période ou moins de l'oscillation harmonique considérée (forte résilience) . A cet égard, on observera qu'il est original de précomprimer un bloc en élastomère du type Schochten, ce matériau étant plus couramment employé en sandwich entre deux matériaux plus durs qui ne le compriment pas (par exemple pour la réalisation de la semelle d'un ski).
Par ailleurs, dans une première variante de la présente invention, le plongeur sur lequel est monté l'axe mécanique extérieur est monté libre en rotation par rapport à l'axe mécanique intérieur, de telle sorte que ces deux axes puissent se déplacer librement en rotation l'un par rapport à l'autre. Une application de cette première variante consiste à équiper les supports de roues non directrices de tous les engins roulants soumis à des vibrations (roulettes de chariots, roues de fauteuils roulants pour handicapés, ...) ou encore les pieds de sièges soumis à des vibrations importantes (sièges de
véhicules de transport, sièges professionnels de machines outils, ou de machines placées en milieu industriel, ...). Dans une seconde variante de l'invention, le plongeur est bloqué à rotation par rapport à l'axe mécanique extérieur, ledit plongeur étant également bloqué à rotation par rapport à l'axe mécanique intérieur. Par exemple, le plongeur peut être riveté, collé ou soudé à l'intérieur de l'axe mécanique extérieur. Un tel dispositif peut notamment équiper les fourches directrices de cycles (fourches avant) .
Dans un mode d'exécution préférentiel de cette seconde variante de montage des axes mécaniques intérieur et extérieur l'un par rapport à l'autre, il est proposé que le plongeur soit constitué par une bague annulaire pourvue d'un ensemble de cannelures intérieures axiales, parallèles entre elles, de manière à coopérer avec des cannelures axiales pratiquées extérieurement à l'axe mécanique intérieur. De ce fait, lorsque des secousses viennent solliciter l'axe mécanique intérieur, ce dernier peut coulisser à l'intérieur de la bague annulaire cannelée, sans pour autant avoir aucun jeu en rotation ; en conséquence, la bague annulaire coulisse à l'inverse de sa butée et vient comprimer l'élément amortisseur, au travers duquel les vibrations sont transmises à l'axe mécanique extérieur avec une amplitude nettement réduite. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs applications du procédé et du dispositif de montage d'un élément amortisseur sur une fourche directrice de bicyclette et sur une tige de selle, ces applications étant données à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés sur lesquels t
- la figure 1 est une vue de montage éclatée d'une fourche avant de bicyclette équipée suivant l'invention, - la figure 2 est une vue de montage éclatée de la même fourche représentée à une phase ultérieure du montage,
- la figure 3 est une vue en coupe partielle de la
même fourche montée, avec, en vue agrandie, l'élément amortisseur précomprimé,
- la figure 4 est une vue de montage éclatée d'une tige de selle équipée suivant l'invention, - la figure 5 est une vue de la même tige de selle montée.
Suivant une première application de l'invention décrite en référence aux figures l à 3, un procédé de fabrication d'une fourche avant d'un cycle, pourvue de deux tubes 1 de maintien d'une roue, est caractérisé en ce qu'il comporte au moins les phases successives suivantes : a) usinage d'un arbre de direction 2 d'une longueur L déterminée, comportant une portée cylindrique inférieure 3 lisse et une portée supérieure 4 pourvue de cannelures extérieures axiales 5, parallèles entre elles. b) assemblage de la portée cylindrique inférieure 3 dudit arbre de direction 2 à l'intérieur d'une douille annulaire 6 ; cet assemblage est préférentiellement réalisé par soudage à haute température, du type TIG, de manière à obtenir un rétreint de ladite douille 6 sur la portée cylindrique 3 à la manière d'une frette. c) assemblage des tubes 1 de fourche autour de la douille annulaire 6, par exemple par soudage. d) montage, autour de l'arbre de direction 2, d'un élément amortisseur 7, par exemple tronconique, et dont la petite base est tournée vers le bas, cet élément amortisseur 7 étant préférentiellement réalisé par moulage d'un élastomère ou analogue, qui est alésé en son centre pour procurer un passage à l'arbre de direction 2 ; cet élément amortisseur 7 est enserré entre une première rondelle 8 inférieure et une seconde rondelle 9 supérieure formant cuvettes autour, respectivement, de la petite base et de la grande base dudit élément amortisseur 7. e) au dessus de l'élément amortisseur 7, on vient empiler une bague annulaire 10 pourvue d'un ensemble de cannelures intérieures axiales 11, parallèles entre elles, coopérant avec les cannelures axiales 5 pratiquées extérieurement sur la portée supérieure 4 de l'arbre de
direction 2. f) blocage de cet empilage réalisé entre la partie supérieure des tubes de fourche 1 et une butée mécanique, du type d'une vis 12, par exemple du type BTR, agissant sur une rondelle rigide 13 ; cette vis 12 coopère avec un alésage pratiqué au sommet de l'arbre de direction 2, de manière à ce que la rondelle rigide 13 vienne précomprimer l'élément amortisseur 7 jusqu'à ce qu'il présente un écrasement au repos prédéterminé. Afin d'éviter le bruit occasionné par les oscillations de l'élément amortisseur 7 en action, il est prévu d'intercaler une rondelle en cuir 13a. entre la rondelle 13 et le sommet de l'arbre de direction 2. g) montage d'un tube pivot 14 (figure 3), prolongeant l'arbre de direction 2 vers le haut, autour de la bague annulaire 10 cannelée intérieurement, ledit tube pivot 14 étant bloqué à rotation par rapport à ladite bague 10, par exemple par collage.
Pour changer la valeur de la précompression de l'élément amortisseur 7, et donc la réponse de ce dernier aux vibrations transmises par l'arbre de direction 2 lié aux tubes 1 de la fourche, il suffit de modifier, au moment de l'usinage de cet arbre 2, la valeur de la longueur L. Un autre moyen d'adaptation consiste à échanger l'élément amortisseur 7 contre un élément de dureté supérieure ou inférieure selon le cas. Un élément amortisseur 7 en élastomère Schokten aura une dureté nominale égale à 40 Shore, mais on dispose d'un choix de duretés variant de 35 à 65 Shore. On peut enfin intercaler diverses rondelles d'épaisseur entre la rondelle 8 et le haut de la fourche, ou encore employer une rondelle 8 plus épaisse ; ceci permet de précomprimer un peu plus l'élément amortisseur 7.
Suivant une caractéristique complémentaire de l'invention, l'assemblage formé par la portée cylindrique inférieure 3 de l'arbre de direction 2, qui est soudée à l'intérieur de la douille annulaire 6 qui supporte les tubes de fourche 1, est alésé dans le plan médian de ces
deux tubes 1 pour procurer un orifice de passage horizontal à la tige d'un crochet de sécurité 15, monté sous le support du câble de frein 16 pour retenir, le cas échéant, le câble de frein et l'empêcher de tomber sur la roue.
Suivant une autre caractéristique de la présente invention, le support du câble de frein 16 est monté en griffe autour de l'arbre de direction 2, et il est pris en pince entre le haut des tubes de fourche 1 et la face inférieure de l'élément amortisseur 7, ou de la rondelle inférieure 8 formant cuvette qui est disposée sous ledit élément amortisseur 7. Par ailleurs, le support du câble de frein 16 est maintenu, à l'arrière de l'arbre de direction 2, par un écrou 17 vissé autour de l'extrémité filetée 18 de la tige du crochet de sécurité 15 traversant ledit arbre de direction 2.
Ce montage du système de freinage (15, 16) n'est pas indifférent puisque, si le support du câble de frein 15 était conventionnellement pris sur le tube pivot 14, ou sur le fourreau vertical du cadre de bicyclette dans lequel vient s'engager ledit tube pivot 14, ledit support 15 se déplacerait avec l'élément amortissseur 7, avec l'inconvénient grave de ne pas pouvoir contrôler la tension du câble de frein, et donc le freinage. Le montage préconisé par l'invention permet au contraire de garantir l'invariabilité du freinage.
Suivant une seconde application de l'invention, un procédé de modification de la fourche .avant d'un cycle, pourvue de deux tubes 1 de maintien d'une roue, est caractérisé en ce qu'il comporte au moins les phases successives suivantes s a) usinage d'un arbre de direction 2 comportant une portée cylindrique inférieure lisse 3 et une portée supérieure 4 pourvue de cannelures extérieures axiales 5, parallèles entre elles. b) tronçonnage du tube pivot d'origine de ladite fourche. c) montage de l'arbre de direction 2 à l'intérieur
dudit tube pivot tronçonné, de sorte qu'après montage, la longueur de l'ensemble soit égale à une valeur L déterminée ; par ailleurs, l'arbre de direction 2 est bloqué à rotation par rapport audit tube pivot tronçonné, par exemple par rivetage, soudage ou collage.
Les opérations suivantes du procédé sont conformes aux opérations d) à g) du procédé de fabrication d'une fourche, décrit plus haut en référence aux figures 1 à 3.
Suivant une troisième application de l'invention décrite en référence aux figures 4 et 5, un procédé de fabrication d'un support de selle pour cycle est caractérisé en ce qu'il comporte au moins les phases successives suivantes : a) usinage d'un arbre d'assemblage 19 d'une longueur L déterminée, comportant une portée supérieure cylindro-conique 20 et une portée inférieure 21 pourvue de cannelures extérieures axiales 22, parallèles entre elles, b) alésage de la tête de selle 23 dans l'axe du tube de selle 24, de manière à y loger une bague 25 présentant une surface d'appui interne conique, dont la grande base est tournée vers le bas, et dans laquelle est engagée la portée cylindro-conique 20 de l'arbre d'assemblage 19, c) blocage de l'arbre d'assemblage 19 en appui positif contre la bague conique 25, par exemple au moyen d'une vis 26 coopérant avec un trou taraudé aménagé à cet effet au sommet dudit arbre 19 ; cette vis 26 est montée par le dessus de la tête de selle 23 et maintient la bague conique 25 enserrée dans son logement 25JD. d) montage, autour de l'arbre d'assemblage 19, d'un élément amortisseur 7, qui est substantiellement identique à ceux employés dans les autres applications de l'invention déjà décrites. Cet élément amortisseur 7 est enserré entre une première rondelle 27 supérieure et une seconde rondelle 28 inférieure formant cuvettes, cette dernière venant en appui contre une bague annulaire 29 pourvue d'un ensemble de cannelures intérieures axiales, parallèles entre elles, coopérant avec les cannelures axiales 22 pratiquées extérieurement à l'arbre
d'assemblage 19. e) montage du tube de selle 24, prolongeant l'arbre d'assemblage 19 vers le bas, autour de la bague annulaire 29 cannelée intérieurement ; par ailleurs, le tube de selle 24 est bloqué à rotation par rapport à ladite bague 29, par exemple par collage. f) blocage de l'élément amortisseur 7 et de la bague annulaire 29 contre une rondelle enjoliveur 30 faisant office de butée contre la bague conique 25 de la tête de selle 23, ce blocage étant obtenu par serrage d'une vis inférieure 31 dans un alésage taraudé pratiqué à cet effet à la partie inférieure de l'arbre d'assemblage 19 ; une rondelle rigide 32 peut être intercalée entre le bout de l'arbre 19, cannelé en sa partie 21, et ladite vis inférieure 31.
En bloquant à fond la vis 31, on sollicite vers le haut la bague annulaire cannelée 29, qui coulisse sur les cannelures 22 de l'arbre d'assemblage 19 ; ladite bague 29 vient ainsi précomprimer l'élément amortisseur 7 à une valeur exactement déterminée par la longueur d'usinage de l'arbre d'assemblage 19.
Il est clair qu'un certain nombre de modifications pourraient être apportées aux trois applications décrites plus haut sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, la forme tronconique de l'élément amortisseur 7 n'est pas obligatoire. Par ailleurs, les vis 12 et 31 pourraient être remplacées par d'autres moyens de blocage, par exemple du type de goupilles ou d'épingles d'axes. En outre, la portée supérieure 4 de l'arbre de direction 2 pourrait ne comporter qu'une seule gorge hémicylindrique axiale coopérant avec une unique gorge hémicylindrique axiale prévue à cet effet sur l'intérieur de la bague annulaire 10, de manière à constituer un logement cylindrique pour une aiguille de blocage en rotation de ladite bague annulaire 10 par rapport à l'arbre de direction 2, cette aiguille cylindrique présentant un diamètre égal, au jeu fonctionnel près, à celui du logement cylindrique ainsi
constitué. Une telle variante est évidemment moins coûteuse à fabriquer que celle prévoyant des cannelures axiales telles que les cannelures 5 et 11, tout en procurant une fiabilité identique à l'assemblage de l'arbre de direction 2 et de la bague annulaire 10. D'autres applications sont enfin envisageables, comme l'équipement des axes de fauteuils roulants pour handicapés, ou celui de chaises soumises à des vibrations importantes (transports en commun et analogue) .