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CLAPET PERFECTIONNE'ET SES APPLICATIONS, EN PARTICULIER AUX AMORTISSEURS
HYDRAULIQUES, La présente invention est relative aux clapets dobturation
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automatique et.!) en partimllier,9 à ceux utilisés dans les amortisseurs pour freiner 1.9 éo1J1ement d 9un fluide pour un sens déterminé de déplacement rela- tif des éléments réunis par cet amortisseur
On utilise généralement, dans ce but,
des clapets battants com-
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portant une lame rigide qui s.9écarte plus ou moins d'un siège parallèlement a lui=même.9 S0'l19 1-'action du fluide à freiner et à l'encontre d9un- dispositif élastique de rappelé Or? ces clapets sont toujours bruyants en raison du léger choc qui se produit entre le siège et la lame lorsque celle-ci retombe sur son siège à chaque changement de sens du déplacement à amortir.
En outre.!) les sollicitations nombreuses auxquelles sont soumis les clapets automatiques au cours de leur fonctionnement rendent très difficile l'obtention de clapets ne variant pas dans le temps il se produit pres-
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que toujurS.9 soit des déformations permanentes de la lame, seit des cassures intempestives de celle=ci,9 de telle sorte (ra9on ne peut avoir aucune certitude sur la durée de servies du clapet.
La pz.oiseDke invention a pour objet un clapet perfectionné ne priésentant pas ces ini.'!o1j:vénients9 ledit elapet destiné au contrôle de iL'éeoulement d'un fluide quelconque", étant r.:J.9 Ui&1 fonctionnement rigoureusement silensieux, .sonstant dans le temps et ee pour une très longue durée.
Ces résultats sont obtenu( grâce au fait que le clapet comporte
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en combinaison un siège percé d 2 au moins un trou d'écoulement du fluide., une lamelle élastique d'obturation et une butée fixeladite lamelle étant en- castrée transversalement à une certaine distance dudit trouentre ce siège et cette butées et cette butée présentant, face au siège, au. moins une sur-
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face cylindrique sur laquelle une portion de la lamelle vient s9en-rouler progressivement par flexion élastiques au fur et à mesure qa.g el3.e sécarte du siège face audit trou.
L'invention a également pour objet les applications diverses de ce clapet et., en particulier, sur les amortisseurs hydrauliques.
D'autres caractéristiques résulteront de la descripttion qui va suivre.
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Au dessin annexé, donné uniquement à titre daexempleô Figo 1 est une coupe longitudinale, suivant la ligne 1-1 de la Figo 2. d'un clapet suivant l9invention ; Fig. 2 en est une vue en plan correspondante Fig. 3 est une coupe, suivant la ligne 3-3 de la Figo 4.9 d'un clapet double selon l'invention j
Figo 4 en est une vue en plan correspondante
Fig. 5 est une coupe diamétrale et axiale., suivant la ligne 5-5 de la Figo 6., d'un clapet, disposé sur le piston d'un amortisseur hydraulique;
Fig. 6 est une vue en plan correspondante ;
Fig. 7 est une vue en perspective des différentes pièces entrant dans la composition de l'ensemble des Figo 5 et 6, ces pièces étant représentées avant assemblage ;
Figs. 8 à 11 sont des graphiques, relatifs à un amortisseur hydraulique pourvu de 1-'ensemble des figso 5 et 60
Suivant l'exemple d'exécution représenté aux Figso 1 et 2. le
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clapet comporte un siège ha dans lequel est ménagé un orifice 2, destiné au libre passage, sans laminage et-freinage, d'un fluide (gaz, vapeur ou liqui- de). Le réglage du début de l'écoulement du fluide y compris 1-'arrêt total de l'écoulement sont assurés par une lamelle métallique, élastique 3, de
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forme rectangulaire B7D (Figo 2) et dont la face 4 est destinée à s.9appli= quer sur la face conjuguée 5 du siège. Ces deux faces sont parfaitement dressées, de manière à assurer un contact étanche autour du trou 2, lorsque la lamelle 3 est appliquée, par toute sa face 4. sur le siège.
La lamelle est encastrée par une zone rectangulaire transversa- le CDEF entre la face 5 du siège 1 et une butée 6, fixée audit siège par
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exemple par un boulon 7 et un écrou 8. La face de la butée 6 face tournée vers le siège 1, comporte une portion 9. correspondant au rectangle d:1e,.-r:lcas- trement GDE9 qui est parallèle à la face 5 du siège et une portion 10 qui est cylindrique, ses génératrices perpendiculaires au plan de la Fig. 1 étant parallèles aux côtés CD et EF de la zone d-encastrement, c2est-à=dire perpen- diculaires à l'axe longitudinal de la lamelle 30 La directrice de cette sur- face cylindrique 10 est une courbe qui peut être circulaire; parabolique ou
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autre.
Cette surface cylindrique est tangente à la portion dèncastrement 9 c9 est .ad.ire que le rayon de courbure R sur la ligne EF, est perpendicu- laire à ladite portion 9 d'encastrementa Le rayon de courbure peut être constante ou non, de la zone d'encastrement jusqu'à 19etémité il de la bu- tée.
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La. lamelle 3 peut être exécutée en un matériau élastique quel- conque; elle sera toutefois, de préférences en acier par exemple en acier suédois traité.
On utilisera avantageusement un acier ou autre matériau laminé et on découpera la lamelle dans ce matériau, de manière que les fibres dudit matériau,fibres orientées par le laminage, soient parallèles 1-'axe longi- tudinal 1-1 (Fig. 2) de la lamelle et à l'axe transversal de la zone d'encas- trement (c'est-à-dire parallèles aux cotés CE et DF de cette zone).
Le fonctionnement est le suivant .- Au repos, la lamelle est pla- quéé par sa face dressée 4 sur la face également dressée 5 du siège 1 et le trou 2 est obturéo
En vue d'assurer un contact parfaite il pourra être avantageux de donner à la lamelle un très léger cambrage avant montage., la flèche étant de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre et la face concave étant tour- née vers le siège 1, de manière qu'à la suite du serrage d'encastrement cet- te lamelle plaque bien sur ce siège.
Lorsque, par contre, un fluide exerce un effort P sous la lamel- le, effort égal à la pression p du fluide multiplié par la section s du trou 2, à travers lequel cette pression s'exerce sur la lamelle celle-ci fléchit élastiquement, à la manière d'une pièce encastrées et., au fur et à mesure de son fléchissement, elle vient s'enrouler progressivement contre la face cy- lindrique 10 de la butée 6, Elle prend par exemple, à un instant donné la position représentée en traits mixtes en 3a pour laquelle la lamelle porte contre la surface 10 jusqu'à la génératrice de trace Z (Figo 1).
On voit que la longueur de la zone libre de la lamelle.\! susceptible de fléchir, diminue au fur et à mesure du fléchissement de cette lamelle, qui oppose ainsi une résistance croissante à l'action du fluide. Comme par ailleurs, au fur et à mesure de ce fléchissement., l'espace d'écoulement pour le fluide augmente entre les surfaces conjuguées 4 de la lamelle et 5 du siège, on conçoit que, pour chaque effort P exercé par le fluide sous la lamelle c'est-à-dire pour chaque pression p de ce fluide., la lamellé prend une position d'équilibre Si p augmente., la lamelle fléchit davantage en continuant à s'enrouler au- tour de la surface 10.
Si, au contraire,p décroît, la lamelle se déroule; elle revient progressivement et complètement s'appliquer, sans le moindre bruit, sur le siège quand p tombe à zéroo
Il y a lieu de noter qu'au cours de ses déformations, les fibres de la-lamelle, en raison de leur orientation, fléchissent dans le sens de leur longueur c'est-à-dire dans les conditions les meilleures pour la conser- vation de la lamelle.
Les conditions de déformation de la lamelle dépendent, pour un clapet donné., des paramètres suivants section s du trou 2, épaisseur e de la lamelle 3, surface S non encastrée de cette lamelle, forme en plan de la partie libre de la lamelles partie qui pour- rait, éventuellement, ne pas être rectangulaire mais de forme trapézoïdale, semi-circulaire (voir plus loin), ou autre, caractéristiques mécaniques du matériau constituant la lamelle forme de la surface 10.
Il sera donc possible par un choix judicieux de ces paramètres
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d'obtenir, dans chaque cas deespèce, le résultat désiré. On pourra,\! - comme on le montrera plus loin,, à propos d'un exemple numérique, dresser, par des essais, des courbes en fonction de ces paramètres, et ces courbes par leur interprétation permettront de résoudre immédiatement tout nouveau cas d'es- péce.
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Aux Figes. 3 et 4p on a représenté un clapet double analogue au précédente Le siège 12 comporte deux orifices 13 et 14, avec lesquels coopè- rent les deux portions libres d'une lamelle 15, encastrée par une zone trans-
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versale centrale cYF1 entre le siège 12 et une butée 16, fixée par le boulon 17 et 1-'écrou 18. Cette pièce comporte deux surfaces cylindriques 19 et 20 d'appui pour la lamelle de part et d'autre de lazone d-'encastrement.
Pour chacune de ces surfaces, les rayons de courbure R et R3 (égaux ou non entre eux) au point de raccordement de ces surfaces à la face médiane plane 21 d'encastrement,!) sont perpendiculaires à cette face 21, ce qui veut dire que les surfaces 19 et 20 sont tangentes à cette face médiane 21. Les deux surfaces 19 et 20 peuvent être identiques ou non.
Aux Figso 5 à 7, on a représenté une application d'un clapet dou- ble du type des Fige. 3 et 4 au cas d'un amortisseur hydraulique comportant un piston pourvu d'un clapet, destiné à permettre l'écoulement freiné du li- quide à travers ce piston pour un sens de déplacement de ce piston dans son cylindre et arrêter l'écoulement pour l'autre sens de déplacement, le fluide s'éeoulant alors par un autre circuit différemment freiné.
Suivant cet exemple d'exécution, le piston cylindrique 22, pour- vu de son segment d'étanchéité 23 comporte dans son fond deux séries 24 et
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25 d'orifices d'écoulement. Ces,orifices ont, de préférence, leurs axes si- tués sur un cylindre de trace circulaire 26 (Figo 6) dont le centre est situé sur 1.9 axe longitudinal GG du piston., le rayon de ce cylindre étant égal à r (Figo 6) et la section de chaque orifice étant égale à s.
La face extérieure 27 du fond du piston est plane et dressée et, sur cette face,\! est appliquée une lamelle 28 en un matériau élastique. Cette
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lamelle est encastrée dans une zone diamétrale C2E2 par serrage entre la face 27 et la face plane centrale 29, de même forme, d'une pièce de butée 30, fixée au piston 22 à 1?aide d'une portion filetée 31 de la tige de piston 32 et d'un écrou 33.
De part et d'autre de la zone d'encastrement 29, la pièce de butée 30 comporte deux surfaces cylindriques 34 et 35 dont les rayons de cour-
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bure R4 et R5 en chaque point des lignes d'encastrement C2 et E2 sont perpendiculaires à la face plane d'encastrement 29 de telle sorte que ces surfaces cylindriques 34 et 35 sont tangentes à ladite face 290
Dans l'exemple représenté (Figo 5) les directrices des deux sur- faces cylindriques-sont circulaires, leurs rayons de courbure sont constants et
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égaux;
elles ont donc deux centres 0'' et 059 situés à égale distance de la face 29 d'encastrement, sur deux perpendiculaires élevées suivant les lignes
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02 et E2F2 sur ladite face d'encastrement 290
Les contours extérieurs 36 et 37 de la lamelle 28 et de la pièce de butée 30 peuvent être circulaires et de centre situé sur 1?axe GG comme représenté ou autres.
De préférence, la lamelle 28 est en un matériau laminé et,, comme dans les exemples précédents, ses fibres sont parallèles aux faces de la lamelle et dirigées perpendiculairement à la zone d'encastrement et, d'une ma-
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nière plus précise, à ses lignes C 2D2 et 0
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Le fon--tl.onnement de ce clapet est identique à celui exposé'plus" haut. Pour -.,trie pression p du fluide, la position prise.par le 'clapet et*-par suite le laminage du fluide sous Inaction de ce clapet et le freinage ainsi apporté au déplacement du piston 22 dans son cylindre dépendent des paramètres suivants
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nombre d'orifices 2.9 25, .µ, section de chaque orifice; r, distance de ces orifices à 19axe GG; caractéristiques mécaniques du matériau constituant la lamelle 28;
e, épaisseur de cette lamelle; s, surface non encastrée de ladite lamelle;
1, largeur de-la zone encastrée dont 19augmentation pour un dia- mètre de piston donné augmente la rigidité de la lamelle et ceci pour une forme donnée de ladite partie non encastrée de la rondelle et de la forme des
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surfaces d9appui 34 et 35 de la butée 30.
A titre d'exemple, on a donné aux FigSo 8 à Il quelques courbes obtenues sur un amortisseur hydraulique ayant un piston de-25 mm de diamètre, avec les données numériques suivantes n = 6 s= 1295 mm r= 8 mmo lamelle en acier suédois traité ayant les caractéristiques mécaniques suivan- tes ;
R = 195 à 205 kg/mm environ
E 165 kg/mm "
A 4% ' e on a fait des essais avec les épaisseurs successives
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0948e 0933 et Oj,l6 mm ; S 445 !Bn" 1 5 mm lamelle en forme de rondelle circulaire de 23,8 mm; pièce d'appui circulaire, le rayon de courbure des surfaces 34 et 35 étant égal à 50 mm.
Les essais ont été effectués avec une machine dans laquelle la feuille enregistreuse se déplace parallèlement aux ordonnées des courbes tracées en même temps que la partie mobile dont on désire freiner les mou- vements, tandis que les abscisses sont tracées par un style dont les dépla-
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cements sont fonction de la résistance opposée par l8amox tâsse
Ceci posé,, on a 'fait une première série dressais.? consignés sur le graphique de la Fige 8 dont les ordonnées OY correspondent aux débatte-
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ments en hauteur de l'ensemble mobile que 19amortisseur ést chargé de freiner, tandis que les abscisses OX correspondent aux réactions'opposées par 19amor- tisseur.
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On a effectué trois essais à l'aide de trois lamelles d'épais-
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seurs e respectivement égales à 0,\)489 0a33 et 6s16 mm. Les diagrammes sont tracés dans le sens des flèches à partir du point 0. L'échelle du dessin annexé est telle que sur 0$ un mm correspond à une réaction de l'amortisseur égale à 6y25 kgs9 à la vitesse de 0970 m/seco environ.
Les résultats obtenus sont les suivants.- La course aller est représentée dans les trois cas par la courbe Ho Le retour freiné est représen- té par ;
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la courbe I pour le clapet de Og48 mm d9épaisseur e fi re j n ri n de 0 s 33 " il tt il K !Y ti " de 0pi6 if il qui donnent les réactions maxima respectives o 1 = 210 kg environ
0 j = 120 ' ' o k - 68 " Ces abscisses permettent de tracer la courbe de variation de la réaction Re
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portée en kg et en ordonnées (Fig.10) en fonction de l9épaisseux e en cen- tièmes de mm portées en abscisses. Ce graphique permet pour une résistance donnée re1 de connaître l'épaisseur e1 à prendre avec les autres données précitées.
Une deuxième série dressais a été effectuée avec une lamelle de
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0922 mm d'épaisseur e, en faisant varier le rayon de courbure R4 m R5 des surfaces d9appui. Les courbes L, 9 N correspondent, respectivement â des rayons de courbure égaux à 125, 82 et 48 mmo On a obtenu des réactions maxi- ma
01 = 270 kgo environ
0 m = 120 " " o n = 76 " " ce qui a permis de tracer la courbe Q de la fig. 11 donnant en ordonnées la réaction Re en fonction des rayons R4 et R5 en abscisses en millimètre.
Cette courbe Q permet de voir que, pour un même clapet, si on a une réaction imposée Re1 le rayon de courbure sera Ov.
En brefles courbes décrites permettent avec les données numé- riques choisies de résoudre tous les cas d'espèceso Des courbes analogues peuvent, bien entendu, être tracées avec d'autres données numériques.
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On remarquera que les courbes lafgl.gI9N des Figs. 8 et 9 sont parfaitement régulières ce qui permet de connaître les réactions de l'amor- tisseur en tous les points de son élongation. Ceci n'est pas le cas avec les clapets usuels à déplacement en translation qui donnent, au moins dans le dé- but de la course amortie., des courbes irrégulières, imprévisibles, de l'allu- re de celle représentée en traits pointillés en V (Figo 8) et desquelles on ne peut tirer aucune conclusion.