DISPOSITIF D'ARTICULATION A MASSE BIPARTITE
La présente invention concerne un dispositif d'articulation élastique.
Ce type de dispositif est destiné à assurer la liaison entre deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre.
Il est utilisé notamment dans le domaine des transports et plus particulièrement dans les essieux roulants, les suspensions, les dispositifs anticouple moteur d'une automobile, d'un camion ou de tout autre engin roulant, par exemple une locomotive ou un wagon de chemin de fer. Plus précisément, il trouve une application particulière dans le domaine de la liaison au sol, notamment dans le cas de la liaison entre la caisse et un berceau ou encore un triangle d'une automobile.
De manière usuelle, un dispositif d'articulation élastique tel que décrit par exemple dans le document FR-A-2 715 702, comprend une armature extérieure tubulaire entourant un noyau central également tubulaire et coaxial, cette armature étant rendue solidaire du noyau par une masse de matière élastique, du type caoutchouc naturel ou élastomère.
La fonction d'un tel dispositif est d'assurer la liaison et le filtrage des vibrations entre deux éléments vibrants, par exemple entre la caisse d'un véhicule et la roue. A cet effet, le noyau est traversé par une ouverture centrale axiale qui permet de le rendre solidaire de la caisse d'un véhicule, tandis que le manchon extérieur est relié au moyeu d'une des roues du véhicule. Le montage inverse est également possible.
Habituellement, la masse de matière élastique est constituée d'un matériau à amortissement élevé ou d'un matériau à amortissement faible. Un amortissement élevé entraîne une forte rigidification, c'est-à-dire l'augmentation de la valeur de la raideur en fonction de la fréquence et de l'amplitude excitatrice. Il n'existe pas de matériau à valeur d'amortissement élevé, et qui rigidifie peu.
En conséquence et conformément au dispositif selon l'état de la technique, soit on trouve un compromis entre une valeur d'amortissement élevée et une valeur de rigidification faible, soit on choisit délibérément que l'une des valeurs soit convenable, en acceptant d'avoir une deuxième valeur dont la caractéristique n'est pas satisfaisante.
La présente invention a pour but de fournir un dispositif d'articulation élastique qui permet d'obtenir un excellent compromis entre rigidification et amortissement, tout en ayant un bon comportement en matière de guidage. Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce à un dispositif d'articulation élastique destiné à permettre l'articulation de deux éléments l'un par rapport à l'autre qui, de manière connue, comprend :
- une armature extérieure tubulaire apte à être emmanchée dans le premier élément ; - un noyau tubulaire central, apte à être relié au deuxième élément et monté coaxialement à l'intérieur de ladite armature ;
- et une masse de matériau élastique reliant entre eux ladite armature extérieure et ledit noyau central.
Ce dispositif se caractérise essentiellement par le fait que ladite masse est bipartite et formée de deux manchons coaxiaux, l'un en matériau élastomère et le second en polyurethane moussé et coulé.
Cette articulation permet d'obtenir les avantages dynamiques du matériau élastomère, ainsi que ceux du polyurethane moussé et coulé.
Ce polyurethane cellulaire possède un bon comportement dynamique sur véhicule. Il rigidifie peu l'articulation en fonction de la vitesse de sollicitation, absorbe plus et restitue moins d'énergie qu'un élément d'élastomère. Le polyurethane est un matériau qui réalise un excellent compromis entre rigidification et amortissement, ce à tout niveau de densité.
Par ailleurs, l'élastomère est un excellent matériau en matière de guidage, qui s'avère très complémentaire du polyurethane, lequel assure une fonction de filtrage.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses mais non limitatives de ce dispositif :
- le manchon interne est en polyurethane moussé et coulé ; - le manchon externe est en polyurethane moussé et coulé ;
- ledit matériau élastomère est du caoutchouc naturel ;
- lesdits manchons sont solidaires l'un de l'autre ;
- lesdits manchons sont séparés par au moins une armature coaxiale intermédiaire ; - lesdits manchons sont séparés par deux armatures coaxiales intermédiaires en contact l'une avec l'autre ;
- lorsque lesdits manchons sont séparés par une armature intermédiaire, la paroi interne de cette armature intermédiaire ainsi que la paroi externe du noyau tubulaire centrale sont conformées de telle manière qu'elles interdisent tout mouvement relatif en rotation dudit manchon intercalé entre ces armature intermédiaire et noyau tubulaire ;
- lesdites parois ont un profil "quadrilobé ".
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préféré de l'invention. Cette description est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe, selon un plan médian longitudinal, d'un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention ;
- la figure 2 est une vue de la section du dispositif de la figure 1, selon le plan de coupe II-II ;
- les figures 3, 5 et 7 sont des vues en coupe, également selon un plan médian longitudinal, de trois autres modes de réalisation du dispositif ;
- les figures 4, 6 et 8 sont des vues des dispositifs des figures 3, 5 et 7, respectivement, selon les plans de coupe IV-IV, VI- VI et VIII- VIII.
Dans l'ensemble de la présente demande de brevet, on entend par le terme "élastomère", les caoutchoucs naturel, synthétiques, ainsi que leurs dérivés. Le dispositif représenté à la figure 1 comprend essentiellement une armature extérieure 1, un noyau central 2, et une masse de matériau élastique M qui relie entre eux ladite armature extérieure et ledit noyau central.
L'armature extérieure 1 a une forme tubulaire allongée, d'axe X-X', dont la section en coupe est circulaire. Elle est destinée à être emmanchée dans l'alésage d'un premier des deux éléments à articuler l'un à l'autre.
Pour faciliter ce montage, une extrémité de l'armature présente un chanfrein 10, tandis que l'extrémité opposée est rabattue vers l'extérieur pour constituer une collerette 11 qui permettra d'immobiliser en translation ladite armature dans ledit élément à articuler. Le noyau central 2 est constitué d'un tube monté coaxialement à l'intérieur de l'armature 1. Il est destiné à être relié au deuxième élément à isoler des vibrations, par exemple au moyen d'une chape.
Sa longueur est légèrement supérieure à celle de l'armature et il est positionné de manière à ce que ses extrémités sortant de l'armature présentent sensiblement la même dimension.
Ce tube présente un alésage central et axial. Ses parois extérieure et intérieure ont été respectivement numérotées 20 et 21. On reviendra plus loin sur la forme et la fonction particulières de ces parois.
L'armature extérieure est réalisée en matière plastique ou en métal, notamment en acier ou en aluminium. Le noyau central est réalisé dans un matériau apte à supporter les contraintes mécaniques que subit l'articulation durant son utilisation. Il s'agit avantageusement d'un métal tel que de l'acier ou de l'aluminium.
La masse de matériau élastique M relie entre elles les deux pièces précitées et assure l'articulation et le filtrage des vibrations.
Conformément à l'invention, cette masse M est bipartite et est formée de deux manchons coaxiaux, l'un en matériau élastomère et le second en polyurethane moussé et coulé.
Pour la clarté de la description, on qualifiera de manchon externe celui qui est en contact avec l' armature extérieure 1, et de manchon interne celui qui est en contact avec le noyau tubulaire 2.
Dans la forme de réalisation présentée ici, le manchon externe 3 est constituée d'un matériau élastomère tel que du caoutchouc naturel, tandis que le manchon interne 4 est formé de polyurethane moussé et coulé. A titre d'exemple, on peut utiliser le polyurethane commercialisé par la société allemande ELASTOGRAN sous la marque CELLASTO.
Un procédé de fabrication d'un tel polyurethane est par exemple décrit dans le document EP-B-0 062 835 cité à titre de référence.
Dans ce mode de réalisation, les deux manchons interne et externe sont séparés par une armature tubulaire et intermédiaire 5 qui est coaxiale à l'armature extérieure 1 et au noyau tubulaire 2 et est intercalée entre eux. Sa longueur est intermédiaire entre celles des deux éléments précités, de sorte qu'elle ressort de part et d'autre de l'armature 1, sans atteindre la longueur du noyau 2. De plus, elle comporte un alésage central et axial pour le passage du noyau 2. Comme précisé plus haut, le manchon externe 3 est ici constitué d'un matériau élastomère. Celui-ci constitue un manchon compact qui s'étend depuis les bords opposés de l'armature tubulaire 1 jusqu'aux extrémités opposées de l'armature intermédiaire 4. Cependant, en partie inférieure (c'est-à-dire en bas de la figure 1), de petits retours de matière 31 prennent appuient sur la collerette 11 de manière à former une retenue du manchon en direction axiale (selon l'axe X-X')-
Dans la masse de matériau élastomère sont par ailleurs prévus des évidements symétriques 30 en arcs de cercle, opposés radialement et débouchant au niveau des extrémités opposées des armatures. De manière connue en soi, ces évidements contribuent à modifier le comportement de la masse de matériaux élastomère selon la direction de sollicitation de l'articulation.
Le manchon interne 4 s'étend entre l'armature intermédiaire 5 et le noyau central 2. Il a une forme généralement tubulaire avec deux extrémités formant collerette 40, qui lui confère l'allure générale d'une bobine de fil.
Ces collerettes s'appuient sur les extrémités correspondantes de l'armature intermédiaire 4 et s'opposent au couHssement du manchon en direction axiale X-X'. La paroi interne 50 de l'armature intermédiaire 5 ainsi que la paroi externe 21 du noyau tubulaire central 2 sont conformées de telle manière qu'elles interdisent tout mouvement relatif en rotation du manchon 4 qui est intercalé entre eux. Plus précisément, dans ce mode de réalisation, ces parois ont un profil qualifié de « quadrilobé ».
En ce qui concerne la paroi externe 21 du noyau 2, ce qualificatif s'entend d'une forme qui s'inscrit sensiblement dans un carré dont les quatre côtés sont incurvés, de concavité tournée vers l'extérieur et dont les angles sont arrondis. Quant à la paroi interne 50 de l'armature intermédiaire 5, cette forme quadrilobée s'entend également d'une forme contenue dans un carré, dont les quatre côtés sont incurvés, de concavité tournée vers l'intérieur, et à angles également arrondis.
Bien entendu, dans d'autres formes de réalisation, ces parois pourraient avoir un tout autre profil empêchant un mouvement relatif en rotation du manchon 4 intercalé. En particulier, on pense à une forme strictement carrée ou à une forme comportant un nombre de lobes différents.
La forme de réalisation des figures 3 et 4 a sensiblement la même structure que celle décrite précédemment. Cependant, elle s'en distingue par le fait qu'est prévue une deuxième armature intermédiaire 6 qui est coaxiale à la première 5 et qui est disposé à l'intérieur de celle-ci, immédiatement à son contact.
L'armature tubulaire 1, le noyau 2 et les armatures intermédiaires 5 et 6 ont, dans cette forme de réalisation, une section strictement circulaire.
Le manchon interne 4 s'étend depuis la paroi interne de la seconde armature intermédiaire 6 jusqu'aux extrémités opposées du noyau central 2. Dans les zones d'extrémités qui débordent de part et d'autre des armatures intermédiaires,
l'épaisseur de polyurethane moussé et coulé est relativement réduite par rapport au reste du manchon. Elle est référencée 41 à ce niveau.
La présence de deux armatures facilite le montage de l'ensemble.
Dans la forme de réalisation des figures 5 et 6, on a affaire à seulement une armature intermédiaire 5 et le manchon 4 présente une forme analogue à celle décrite en référence aux figures 3 et 4, ce qui signifie qu'il ne comporte pas d'épaulement 40 limitant son débattement dans le sens axial.
Enfin, dans la forme de réalisation des figures 7 et 8, aucune armature intermédiaire n'est utilisée, de sorte que les manchons 3 et 4 sont directement solidaires l'un de l'autre.
Pour les trois premiers modes de réalisation décrits, le manchon d' élastomère est injecté sous la forme d'une masse entre l'armature intermédiaire 5 et l'armature extérieure 1. Il y est adhérisé au moment du moulage.
En ce qui concerne la forme de réalisation des figures 1 et 2, le manchon de polyurethane moussé et coulé est alors inséré entre l'armature intermédiaire et le noyau tubulaire central. La présence des collerettes d'extrémité 4 nécessite de réaliser cette pièce en deux éléments distincts.
Pour la forme de réalisation des figures 3 et 4, le manchon 4 est adhérisé entre le noyau tubulaire central 2 et la seconde armature intermédiaire 6. Cet ensemble est alors emmanché dans l'armature intermédiaire 5, laquelle a été préalablement adhérisée au manchon 3.
Dans le mode de réalisation des figures 5 et 6, le polyurethane est versé dans un moule dans lequel on aura préalablement introduit le noyau central 2, ainsi que le sous-ensemble armature 1 / armature intermédiaire 5 / manchon 3. Enfin en ce qui concerne le mode de réalisation des figures 7 et 8, le polyurethane moussé et coulé est directement adhérisé au manchon d' élastomère.
Dans toutes les versions présentées ci-dessus, le manchon d' élastomère 3 est externe tandis que le manchon de polyurethane moussé et coulé est interne. La disposition de ces deux éléments peut facilement être échangée, de sorte que le polyurethane moussé et coulé constitue le manchon externe tandis que l'élastomère forme le manchon interne.
Dans les modes de réalisation dans lesquels on utilise au moins une armature intermédiaire, celle-ci peut être en matériau plastique, en acier ou en aluminium.
Pour la version des figures 5 et 6, l'emploi de polyurethane compact sera particulièrement apprécié car il permet d'assurer une accroche chimique avec le manchon de polyurethane cellulaire moussé et coulé selon l'invention.
La fabrication des manchons en polyurethane moussé et coulé commence par le mélange d'un polyol, d'un isocyanate et d'un agent de réticulation. Les produits utilisés sont toxiques et nécessitent de grandes précautions pour leur mise en œuvre.
Ce mélange est coulé avec du CO2 gazeux dans un moule. La réticulation du mélange ou la cuisson s'effectue dans le moule. Le temps de cuisson est d'environ 30 mn à 80 °C. La pièce est ensuite démoulée et ébavuree puis stabilisée thermiquement. La densité des pièces obtenues par ce procédé varie entre
0,1 et 0,9 avec une taille de cellule comprise entre 100 et 700 microns.
Cette nouvelle articulation, dans ses différentes versions, permet d'obtenir les avantages dynamiques du manchon d'élastomère et du manchon de polyurethane moussé et coulé.
La partie en polyurethane moussé et coulé possède un bon comportement dynamique sur véhicule. Elle rigidifie moins en fonction de la vitesse de sollicitation, absorbe plus et restitue moins d'énergie qu'un élément d'élastomère. Le polyurethane moussé et coulé est un matériau qui réalise un excellent compromis entre rigidification et amortissement ce pour tout niveau de densité.
Enfin, l'élément d'élastomère qui est un excellent matériau en matière de guidage peut être très complémentaire avec le polyurethane moussé et coulé qui jouera le rôle de filtrage.