FR2570152A1

FR2570152A1 - Dispositif elastique a fluide travaillant a la compression et a la traction

Info

Publication number: FR2570152A1
Application number: FR8513409A
Authority: FR
Inventors: Douglas Paul Taylor; David A Lee
Original assignee: Tayco Developments Inc
Current assignee: Tayco Developments Inc
Priority date: 1984-09-10
Filing date: 1985-09-10
Publication date: 1986-03-14
Anticipated expiration: 2005-09-10
Also published as: GB2164415A; GB2164415B; DE3530429A1; DE3530429C2; GB8520297D0; FR2570152B1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF ELASTIQUE A FLUIDE, TRAVAILLANT A LA FOIS A LA TRACTION ET A LA COMPRESSION. ELLE SE RAPPORTE A UN DISPOSITIF ELASTIQUE COMPRENANT UNE ENVELOPPE 11 AYANT DES PAROIS D'EXTREMITES 14-17 QUI DELIMITENT DEUX CHAMBRES 12, 13. UN ARBRE 35 PASSE DANS DES JOINTS 28, 31 ET IL A DES SURFACES 51, 52 QUI DELIMITENT LA SECTION EFFICACE DE CHACUN DES DEUX PISTONS. UN FLUIDE COMPRESSIBLE SOUS PRESSION EST CONSERVE DANS LES CHAMBRES. SELON L'INVENTION, LE DISPOSITIF ELASTIQUE A UN POINT NEUTRE CENTRAL AUTOUR DUQUEL IL PEUT ETRE EXCITE PAR DES PETITES FORCES APPLIQUEES DANS UN SENS OU DANS L'AUTRE. APPLICATION AUX DISPOSITIFS ELASTIQUES POUR MECANISMES.

Description

1- La présente invention concerne un dispositif élastique à fluide

travaillant à la fois à la compression

et à la traction.

On sait déjà réaliser des dispositifs élastiques à fluide qui peuvent travailler à la fois à la traction et à la compression, comme décrit par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 842 356. Cependant,

les dispositifs élastiques à liquide de ce type ne pré-

sentent pas un centrage sous l'action d'une force nulle car ils possèdent une charge préalable propre qui doit

être compensée avant mise en oeuvre du dispositif élas-

tique. Le centrage sous l'action d'une force nulle est la qualité correspondant au déplacement à partir d'une position neutre sous l'action d'une force minimale (ou d'une force marginale) qui lui est appliquée. En outre, les dispositifs élastiques à fluide travaillant à la traction et à la compression du type connu sont affectés par les variations de température qui font varier les

paramètres du dispositif.

L'invention concerne un dispositif élastique à fluide qui comporte une enveloppe délimitant une première et une seconde chambre contenant une première et une seconde masse de fluide compressible sous pression, et un dispositif à pistonscomprenant un premier et un second piston placés dans la première et dans la seconde chambre

respectivement et reliés par un accouplement, la disposi-

tion étant telle que le dispositif élastique peut résister à la fois aux forces de traction et de compression exercées entre le dispositif à pistons et l'enveloppe, le fluide sous pression agissant sur le premier et sur le second piston afin qu'il maintienne le dispositif à pistons

en position centrée prédéterminée par rapport à l'enve-

loppe, avec une force appliquée prédéterminée.

La force appliquée prédéterminée peut être nulle ou non; dans tous les cas, de petites variations

de la force appliquée provoquent des déplacements corres-

pondant du piston, si bien que le centrage sous l'action

d'une force nulle est obtenu.

Un tel dispositif élastique -à fluide est sen-

sible aux forces de faible amplitude, car il est soumis à une force préalable ramenant en position centrée, par des forces antagonistes exercées par le fluide,

c'est-à-dire qu'il possède un centrage à force nulle.

Cette caractéristique de centrage à force nulle assure l'atténuation à la fois des vibrations à haute fréquence

et des impulsions de choc.

Le dispositif élastique à fuide peut aussi garder sa position centrale préréglée sous l'action des variations de température, lorsque les deux chambres de fluide et les deux dispositifs à pistons ont des

caractéristiques semblables.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion seront mieux compris a la lecture de la descrip-

tion qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel:

la figure 1 est une coupe partielle d'un dispo-

sitif élastique à fluide travaillant à la traction et à la compression selon l'invention; la figure 2 est un agrandissement partiel d'une partie du dispositif de la figure 1; et la figure 3 est un diagramme forcedéplacement montrant comment fonctionne le dispositif élastique

à fluide de la figure 1.

Le piston d'un dispositif élastique 10 à fluide travaillant à la fois à la traction et à la compression est centré par rapport à son enveloppe de manière qu'il ne subisse pas une force résultante de charge préalable, cette propriété étant connue sous le nom de "centrage en l'absence de force". En conséquence, les forces de faible amplitude quelconque assurent la mise en oeuvre du dispositif élastique et celui-ci atténue donc à la fois les vibrations à haute fréquence et les impulsions de choc. Le centrage du piston en l'absence de force est obtenu par équilibrage de pressionsd'un fluide agissant sur le piston, et ces pressions sont affectées également

par les variations de température si bien que les varia-

tions ne modifient pas le centrage du dispositif élastique.

Le dispositif élastique 10 à fluide de la figure 1, travaillant à la traction et à la compression, comprend une enveloppe cylindrique 11 divisée en deux chambres 12 et 13. Les parois annulaires 14 et 15 d'extrémités

délimitent la chambre 12 et des parois annulaires d'extré-

mités 16 et 17 délimitent la chambre 13. Les parois 15 et 16 sont symétriques l'une de l'autre, et les parois

14 et 17 sont symétriques l'une de l'autre.

Les parois annulaires 15 et 16 sont montées dans l'enveloppe 11 de la manière suivante. Les extrémités filetées 19 et 20 des parois 15 et 16 respectivement

sont vissées dans une partie taraudée 21 du cylindre 11.

Les surfaces cylindriques externes 15" et 16" des parois et 16 et les surfaces internes 24 et 28 du cylindre 11, respectivement, peuvent coulisser sans jeu. Des joints toriques 22 et 23 assurent l'étanchéité entre les parois 15 et 16 d'une part et les surfaces 24 et 28 d'autre part. Les surfaces cylindriques externes 14" et 17" des parois annulaires 14 et 17 d'extrémités peuvent coulisser sans jeu par rapport aux surfaces internes 24 et 28 de l'enveloppe 11. Des joints toriques 25 et 26 assurent l'étanchéité entre les surfaces internes 24

et 28 et les parois 14 et 17.

Chaque paroi d'extrémité 14, 15, 16 et 17 a

des joints d'étanchéité 27, 29, 30 et 31 de polytétra-

fluoréthylène ou "Teflon", tous ces joints étant iden-

tiques. En conséquence, on ne décrit en détail qu'un seul joint 27. Ce joint 27 a une partie annulaire externe 32 et une lèvre annulaire 33 qui en est séparée par une chambre annulaire 34 destinée à contenir du fluide sous pression, à l'intérieur de la chambre 12. Les parties du joint 29 qui correspondent aux parties 32, 33 et 34 du joint 27 portent les références 32a, 33a et 34a respectivement, et les parties correspondantes du joint portent les références 32b, 33b et 34c respectivement,

les parties correspondantes du joint 31 portant la réfé-

rence 32c, 33c et 34c respectivement.

Un piston 35 a une partie de premier diamètre passant dans le joint 27, une partie 37 de second diamètre plus grand placée dans les joints 29 et 30, et une partie 39 de diamètre inférieur à celui de la partie 37, passant

dans le joint 31. Lorsque les chambres 12 et 13 contien-

nent du fluide sous pression, la présence de ce fluide dans les espaces annulaires 34, 34a, 34b et 34c provoque la mise en contact étanche des lèvres annulaires 33, 33a, 33b et 33c avec les parties de piston 35 qui sont placées à l'intérieur, et provoque aussi la coopération étanche

des parties annulaires 32, 32a, 32b et 32c avec les sur-

faces cylindriques internes 14', 15', 16' et 17' des parois 14, 15, 16 et 17 respectivement. Des bagues de guidage 38 formées d'une matière plastique dure sont positionnées derrière les joints afin qu'ils ne puissent pas être extrudés. Des joints tels que 27 à 31 sont décrits plus en détail dans le brevet des Etats-Unis

d'Amérique n 3 256 005.

Lorsque le dispositif élastique à fluide tra-

vaillant à la fois à la traction et à la compression, représenté sur la figure 1, doit être monté, les parois d'extrémités 15 et 16 sont vissées en position. Les épaulements annulaires 39 et 40 des parois 15 et 16 sont en butée contre les épaulements annulaires 41 et 42 de l'enveloppe 11. Le piston 35 est alors introduit par les joints 29 et 30 afin qu'il occupe pratiquement la position représentée sur la figure 1, les joints 29 et 30 coopérant avec la partie centrale 37 de l'arbre 35. Ensuite, l'espace qui se trouve à gauche de la paroi est rempli d'un fluide compressible convenable et la paroi 14 d'extrémité est glissée dans l'enveloppe 11, le joint 27 entourant la partie 36 de piston. Ensuite, le joint annulaire 43 est introduit à l'extrémité gauche de l'enveloppe 11 et ses surfaces annulaires 44 sont en appui contre l'épaulement annulaire 45 de la paroi

14 et déplacent ainsi celui-ci vers la droite avec compres-

sion du fluide dans la chambre 12. La paroi 17 d'extré-

mité est montée de manière analogue. A cet égard, il faut noter que l'espace qui se trouve à droite de la paroi 16 est rempli du fluide compressible et que la paroi 17 est glissée dans l'enveloppe 11, le joint 31 entourant la partie 39 du piston. Ensuite l'extrémité annulaire 46 du support 47 est vissée à l'extrémité droite de l'enveloppe 11 afin que l'extrémité annulaire 49 soit en appui contre l'épaulement annulaire 50 de la paroi 17, déplaçant ainsi celui-ci vers la droite et comprimant le fluide dans la chambre 13. Les parties annulaires 43 et 46 sont réglées jusqu'à- ce que les pressions dans les chambres 12 et 13 soient pratiquement égales. Le fluide sous pression se trouvant dans la chambre 13 exerce sur le piston 35 une force qui le repousse vers la gauche sur la figure 1. A cet effet, un épaulement annulaire 51 est placé entre les parties 37 et 39 de piston, et la pression du fluide présent dans la chambre 13 s'applique à l'épaulement annulaire

51 qui détermine ainsi la section efficace du piston.

Un épaulement annulaire 52 est aussi formé dans la chambre 12 sur le piston 35. L'épaulement 52 a la même dimension que l'épaulement 51. Une tête 53 d'amortissement a un côté 54 et un côté opposé 55. Le côté 54 est en butée contre l'épaulement 52. La différence de surface des côtés 54 et 55 est égale à la taille de l'épaulement 52 qui est égale à l'épaulement 51. Ainsi, une pression de fluide est appliquée sur la tête 53 d'amortissement

et repousse le piston 35 vers la droite. Comme les pres-

sions dans les chambres 12 et 13 sont egales et comme les sections efficaces du piston 35 dans les chambres 12 et 13 sont égales, le piston 35 reste en position

neutre centrée.

Comme l'indique la figure 1, le support 47 est fixé à l'enveloppe 11 et le support 57 est fixé au piston 35. Les forces qui sont appliquées au dispositif élastique sont appliquées aux supports 47 et 57. Les forces de compression sont encaissées par le dispositif 10 de la manière suivante. Les forces de compression sont appliquées dans le sens des flèches 5-9. Le piston 35 se déplace vers la droite sur la figure 1 par rapport à l'enveloppe 11. En conséquence, une plus grande portion de la partie centrale 37 de grande diamètre du piston 35 pénètre dans la chambre 13 et sort simultanément de la chambre 12. La pression dans la chambre 13 augmente ainsi et la pression dans la chambre 12 diminue. Une force d'élasticité repoussant le piston 35 vers la gauche est ainsi créée. Lorsque les forces de compression 59 sont supprimées, la force de rappel exercée dans la

chambre 13 ramène le piston 35 en position neutre repré-

sentée sur la figure 1. La tête 53 d'amortissement se contente d'amortir le déplacement du piston 35 et d'en réduire les oscillations. Lorsque des forces de traction sont appliquées dans le sens de la flèche 60 aux supports 47 et 57, la partie centrale plus grosse 37 du piston pénètre dans la chambre 12 et simultanément sort de la chambre 13. La pression dans la chambre 12 augmente

donc et la pression dans la chambre 13 diminue. En consé-

quence, l'augmentation de pression dans la chambre 12

repousse le piston 35 vers la droite sur la figure 1.

Lorsque les forces de traction 60 sont supprimées, le piston 35 se déplace vers la droite, vers une position neutre centrée représentée sur la figure 1. Le dispositif élastique 10 s'oppose ainsi aux forces de compression

59 et aux forces de traction 60, comme indiqué précédem-

ment. Des exemples de fluides compressibles qui peuvent être utilisés dans les chambres 12 et 13 sont un liquide de silicone compressible à 9,6 % à une pression de 1,4.108 Pa, ou du butane liquide qui est compressible de

à 25 % à 1,4.10 Pa, ou tout autre liquide compres-

sible convenable qui possède une compressibilité impor-

tante aux pressions élevées. En outre, les fluides compres-

sibles peuvent être des gaz convenables à des pressions élevées. Les extrémités 61 et 62 (figure 2) des parois d'extrémités 15 et 16 respectivement sont distantes l'une de l'autre et délimitent un espace annulaire 63 autour du piston 35. L'espace annulaire 63 communique avec un trou 64 formé dans l'enveloppe 11. Ainsi, les extrémités en regard 61 et 62 des parois 15 et 16 sont

reliées à l'atmosphère, ceci étant nécessaire à un fonc-

tionnement convenable des joints 29 et 30.

Le diagramme de la figure 3 montre les caracté-

ristiques de réponse du dispositif élastique de la figure 1 aux variations de température. Le piston 35 reste centré pendant les fluctuations de température car la pression varie de la même manière dans chacune des deux chambres 12 et 13 lorsque la température change. La courbe 66 représente le déplacement du piston à une température donnée en fonction des forces appliquées,

à la fois à la traction et à la compression. Si la tempéra-

ture augmente si bien que la pression dans les deux chambres 12 et 13 est plus grande, la caractéristique force-déplacement du dispositif 10 est représentée par la courbe 69. Ainsi, bien que les paramètres d'élasticité changent, le dispositif élastique reste centré dans la même position. La courbe 70, qui est superposée à la courbe 66, représente la caractéristique affectée par

la tête d'amortissement 53.

La figure 1 représente le dispositif élastique

travaillant à-la fois à la traction et à la compres-

sion sous forme centrée en position neutre lorsqu'aucune force extérieure ne lui est appliquée, et de très faibles forces de traction ou de compression le déplacent par rapport à cette position neutre. Ceci est connu comme étant un centrage en l'absence de force. Cependant, dans certaines conditions, il peut être souhaitable

que le dispositif élastique 10 possède un centrage lors-

qu'une force extérieure lui a été appliquée. En consé-

quence, lorsqu'une force telle que 65 est appliquée au piston 35 et lorsqu'il faut que le piston 35 présente un centrage en position neutre pour une telle force, le ressort 47 peut être tourné afin qu'il déplace la paroi 17 dans la chambre 13 d'une manière plus importante et augmente ainsi la pression dans la chambre 13 par rapport à celle qui règne dans la chambre 12, la somme de la force 65 et de la force exercée par la pression sur le piston 35 dans la chambre 12 étant égale à la force exercée par la pression du fluide sur le piston

dans la chambre 13, le piston revenant ainsi en posi-

tion neutre centrée représentée sur la figure 1.

Ensuite, de faibles forces de traction ou de compression

déplacent le dispositif élastique de sa position neutre.

Dans certains cas dans lesquels le dispositif élastique doit être soumis à une force de déséquilibre, le dispositif peut être réglé afin qu'il compense la force de déséquilibre si bien qu'il présente la caractéristique de centrage par rapport à laquelle il s'oppose aux forces extérieures. Dans ce dernier cas, de faibles forces appliquées dans un sens ou dans l'autre provoquent un déplacement du dispositif élastique par rapport à sa position neutre sans que la force externe 65 doive être dépassée. Il faut aussi noter que des variations des paramètres du dispositif élastique 10 peuvent permettre l'obtention de diverses conditions, soit par variation des sections efficaces des pistons dans les chambres 12 et 13 et/ou la variation de la pression des fluides à l'intérieur, soit par utilisation de fluides ayant des

caractéristiques différentes dans les deux chambres.

Par exemple, à titre purement illustratif, les chambres 12 et 13 peuvent contenir un fluide de silicone à une pression de 1.108 Pa, ou l'un quelconque des autres fluides précités, à une pression convenable,

donnant les paramètres voulus au dispositif élastique.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs élastiques qui viennent d'être décrit uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'inven- tion.

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Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif élastique à fluide, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe (11) délimitant une première et une seconde chambre (12, 13) contenant une première et une seconde masse de fluide compressible sous pression, et un dispositif à pistons (35) comprenant un premier (36, 37) et un second (39, 37) piston placés dans la première et la seconde chambre respectivement et couplés par un accouplement (37), la disposition

étant telle que le dispositif élastique (10) peut s'oppo-

ser aux forces de traction (60) et aux forces de compres-

sion (59) qui sont appliquées entre le dispositif à piston (57, 35) et l'enveloppe (47, 11), et le fluide sous pression agit sur le premier et le second piston de manière que le dispositif à pistons soit maintenu en position centrée prédéterminée par rapport à l'enveloppe

avec une force prédéterminée.

2. Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé par un premier dispositif (57) d'encaissement de

force couplé au dispositif à pistons, et un second dispo-

sitif (47) d'encaissement de force couplé à l'enveloppe (11), l'accouplement (37) couplant le premier et le second piston (36, 37; 39, 37) afin qu'ils se déplacent d'un mouvement corrélé par rapport à la première et à la seconde chambre (12, 13), avec augmentation de la pression produite dans l'une des chambres par l'un des deux pistons, et réduction de la pression dans l'autre des chambres sous l'action de l'autre des deux pistons, le déplacement des deux pistons par rapport à l'enveloppe, dans un premier sens, sous l'action d'une force de traction (60) appliquée aux deux organes (47, 57) d'encaissement de force produisant une force d'élasticité, dans le dispositif élastique, qui s'oppose à la force de traction, le déplacement des deux pistons par rapport à l'enveloppe

dans un second sens, sous l'action d'une force de compres-

sion (59) appliquée aux dispositifs d'encaissement de force (47, 57) produisant une force d'élasticité, dans

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1 1 le dispositif élastique, qui s'oppose à la force de compression.

3. Dispositif selon la revendication 2, caracté-

risé en ce que l'enveloppe (11) comporte un cylindre allongé, et les deux chambres (12, 13) sont espacées axialement dans le cylindre, le premier et le second piston comportant un arbre allongé ayant une première

et une seconde partie (37; 36, 39) de diamètres diffé-

rents, dans les chambres.

4. Dispositif selon la revendication 3, caracté-

risé par les premières parois d'extrémités (14, 15) pla-

cées dans le cylindre et délimitant la première chambre, des premiers joints (27, 29) placés dans les premières parois d'extrémités, des secondes parois d'extrémités (16, 17) placées dans le cylindre et délimitant la seconde chambre, des seconds joints (30, 31) placés dans les

secondes parois d'extrémités, l'arbre allongé (35) pas-

sant dans les premiers et dans les seconds joints.

5. Dispositif selon la revendication 4, caracté-

risé en ce que les premières parois d'extrémités com-

portent une paire de premières parois d'extrémités (14, ) montées à distance dans le cylindre, et les secondes parois d'extrémités comprennent une paire de secondes parois d'extrémités (16, 17) montées à distance dans

le cylindre.

6. Dispositif selon la revendication 5, caracté-

risé par un dispositif (43, 46) destiné à déplacer l'une au moins des première et seconde parois d'extrémités

(14, 17) afin que le volume de la chambre associée varie.

7. Dispositif selon l'une des revendications

et 6, caractérisé en ce que l'une des premières parois d'extrémités (15) est proche de l'une des secondes parois d'extrémités (16), et un dispositif évent est formé dans le cylindre entre cette première paroi d'extrémité

(15) et cette seconde paroi d'extrémité (16).

8. Dispositif selon la revendication 3, caracté-

risé en ce qu'il comprend des joints (27, 29, 30, 31) placés dans chacune des première et seconde chambres,

et l'arbre passe par les joints.

9. Dispositif selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (43, 36) de réglage de la pression du fluide

dans l'une au moins des première et- seconde chambres.

10. Dispositif selon l'une quelconque des reven-

dications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (53) d'amortissement du déplacement du

dispositif à pistons.

11. Dispositif selon la revendication 10, caracté-

risé en ce que le dispositif d'amortissement (53) comporte une tête de piston montée sur l'un au moins des deux

pistons (36, 37).

12. Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que l'accouplement (37) et le fluide sous pression de la première et de la seconde chambre (12, 13) agissant sur le premier et le second piston coopèrent,

lorsqu'une force nulle est appliquée au dispositif élas-

tique (10), au maintien du dispositif à pistons en posi-

tion centrée prédéterminée par rapport à l'enveloppe (11).

13. Dispositif selon la revendication 12, caracté-

risé en ce qu'il comporte un dispositif (43, 46) destiné à faire varier la pression du fluide compressible dans l'une au moins des deux chambres, afin que la position centrée du dispositif à pistons varie lorsqu'aucune force

n'est appliquée.