Dispositif d'articulation de deux pièces soumises à un mouvement relatif alternatif. L'invention est relative à un dispositif d'articulation de deux pièces soumises à un mouvement relatif alternatif, dans lequel une matière déformable est interposée entre ces deux pièces.
L'invention est basée sur l'observation du fait que, lorsque certaines matières sont déjà déformées dans une certaine direction, il faut un effort relativement considérable pour leur imprimer une nouvelle déformation dans cette direction, tandis que, pour toutes les autres directions selon lesquelles il n'existe pas de déformation initiale, une déformation peut être obtenue par application d'un effort rela tivement minime.
Suivant la présente invention, on im prime à la matière interposée entre les deux pièces soumises à un mouvement relatif alter natif des déformations initiales notables de manière à rendre certains mouvements diffi ciles et d'autres faciles.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, diverses formes de réalisation de l'invention. Dans ce dessin: La fig. 1 représente un dispositif d'ar ticulation suivant l'invention; Les fig. 2 et 3 représentent des organes accessoires; La fig. 4 représente une coupe transver sale d'une variante de l'invention; La fig. 5 montre le corps en matière dé- formable utilisé dans le cas de la fig. 4; La fig. 6 est une coupe longitudinale d'une modification, et La fig. 7 est une coupe d'un phare muni d'une articulation suivant le mode de réalisa tion de la fig. 6.
En se référant au dessin (fig. 1), P et Q désignent deux pièces soumises à des mouve ments rotatifs alternatifs, l'une par rapport à l'autre, un intervalle annulaire ou de toute autre forme étant ménagé entre ces deux pièces.
Dans cet intervalle, on introduit à force un corps en matière élastique, en caoutchouc par exemple, occupant à l'état libre le volume AA BB CC DD (fig. 1). On oblige ce corps à, occuper le volume<I>a a b b c c d d</I> en provo- quant un étirage considérable dans le sens de l'axe (on double la longueur, par exemple).
Cette déformation crée des tensions diri gées dans les différents plans passant par l'axe de l'articulation. Considérons, en effet, dans la matière élastique, une fibre s'éten dant radialement depuis la surface intérieure jusqu'à la surface extérieure. Par suite de l'étirage, cette fibre aura une longueur beau coup plus petite qu'avant l'étirage; il en ré sultera pour cette fibre une tension élastique qui, tendant à rendre à la fibre sa longueur normale à l'état libre, sera dirigée radiale- ment. Il en est de même pour toutes les fibres composant la matière.
Considérons maintenant une fibre s'éten dant longitudinalement d'un bout à l'autre du corps en matière élastique. Par suite de l'étirage, cette fibre aura une longueur beau coup plus grande qu'avant l'étirage; pour la même raison que précédemment, il en résultera une tension élastique dirigée axialement et tendant à rendre à la fibre sa longueur nor male à l'état libre.
On voit donc que toutes les tensions, ra diales et longitudinales, sont toutes contenues dans des plans passant par l'axe de l'articu lation. Il est donc évident que, dans le cas de la fig. 1, par exemple, ces tensions oppose ront une grande résistance à tout déplacement de l'une des pièces P Q, perpendiculairement à l'axe de l'autre pièce, puisque de tels dé placements tendraient à augmenter encore l'étirage ou la compression d'une portion de la matière et, par suite, la valeur des ten sions internes, surtout celle des tensions ra diales. Ces tensions n'opposeront au contraire aucune résistance à des mouvements relatifs de rotation alternatifs de ces deux pièces l'une par rapport à l'autre.
Si, en effet, on consi dère une fibre radiale, raccourcie par l'étirage, cette fibre, sous l'effet de la rotation et de l'adhérence des surfaces extérieure et inté rieure de la matière élastique aux pièces P et Q, tendra à prendre une forme en spirale et, comme on s'en rend compte aisément, à s'allonger, ce qui évidemment diminuera la tension radiale. En même temps, cette rotation n'affectant pas la longueur des fibres longi tudinales, les tensions longitudinales reste ront égales à elles-mêmes. Au total, il y aura donc une diminution des tensions élastiques intérieures, c'est-à-dire tendance au retour de la matière à son état normal avant étirage.
En même temps, ces tensions initiales assu rent l'adhérence de la masse de matière élas tique contre les parois, évitant ainsi les frot tements qui pourraient naître par suite d'un glissement, ces frottements étant remplacés par des mouvements relatifs des molécules de la matière élastique. L'adhérence aux parois des pièces P et Q est fonction, bien entendu, du rapport entre les diamètres extérieurs et intérieurs du corps en matière déformable à l'état libre et après avoir été étiré.
Il faut remarquer que, d'une façon géné rale, l'étirage de la matière permettra cepen dant de faibles déplacements relatifs des pièces P et Q suivant la direction de l'étirage, ces déplacements relatifs possibles étant d'autant plus petits que la, déformation initiale est plus considérable; dans l'exemple d'applica tion de la fig. 1, notamment, les pièces P Q pourront effectuer de faibles déplacements re latifs transversaux si les tensions radiales n'ont pas une valeur trop élevée.
La possi bilité d'effectuer de faibles déplacements transversaux est particulièrement avanta geuse lorsqu'il est nécessaire, non seulement de permettre le déplacement angulaire relatif des deux pièces P Q, mais, également, de faibles déplacements transversaux de celles- ci; tel sera le cas, par exemple, pour les axes des extrémités des bras d'amortisseurs et ries ressorts de suspension.
Il est à remarquer que la chambre cons tituée par l'intervalle annulaire entre les pièces P et Q est ouverte à ses extrémités, afin qu'aucun obstacle ne s'oppose aux dé formations initiales de la matière élastique.
Il est facile de voir, d'après la, fig. 1, qu'une articulation formée par une douille, un pivot, et de la. matière élastique préalable ment étirée, constitue un ensemble amovible, c'est-à-dire un produit industriel pouvant être fabriqué en série et pouvant facilement s'adapter à divers genres de machines, pour remplacer les articulations existantes.
La longueur MM du tube central sera en général supérieure à celle NN du tube exté rieur pour que les plateaux T (qui peuvent d'ailleurs être supprimés) ne soient pas nor malement au contact des bras K .(fig. 1). Dans ce cas, les déplacements axiaux relatifs. des piècse P et Q sont empêchés par la résis tance offerte par le corps en matière élas tique, les plateaux T n'intervenant pas dans le fonctionnement de l'articulation.
Si on voulait cependant augmenter la ré sistance de l'articulation à de tels déplace ments axiaux, on pourrait donner aux pla teaux T, constitués également en matière plastique, une épaisseur supérieure à celle qu'on a représentée au dessin de façon que, par serrage de ces plateaux entre la douille P et les bras K, sous l'effet du vissage de l'écrou K' sur la partie filetée K", les .pla teaux T se trouvent comprimés axialement, avec réduction subséquente de leur épaisseur. On comprend que, dans ce cas, les plateaux T eux-mêmes interviendraient dans le fonc tionnement de l'articulation pour empêcher les déplacement axiaux, sans d'ailleurs gêner en rien des déplacements de rotation de la douille P par rapport au pivot Q.
Des rondelles métalliques ou organes de forme quelconque pourraient être interposés entre les bras K et les plateaux T de façon à servir d'appui à ces derniers et à protéger l'articulation contre la lumière, l'huile, ou tout autre agent capable de détériorer la ma tière élastique.
Pour réaliser l'introduction à force du corps en matière élastique, on peut faire usage de cônes tels que R et 8 (fig. 2 et 3) qui peu vent être éventuellement montés à demeure sur les pièces P et Q.
On pourra faciliter l'introduction de cette matière en se servant d'un lubrifiant ou d'un tout autre produit, susceptible, de pré férence, d'augmenter l'adhérence, en séchant ou de rendre plus doux les glissements qui pourraient se produire lorsque le mouvement dépasse un certain angle déterminé. A titre d'exemple, le montage pourra être fait au moyen d'une dissolution de caoutchouc, que l'on vulcanisera ou non. On pourra entourer les extrémités de la matière élastique de pro tecteurs. On pourra munir les parois des pièces guidées et de guidage de cannelures longitudinales ou autres dispositifs augmen tant l'adhérence.
On pourra disposer une ou plusieurs douilles concentriques intermé diaires et interposer entre les pièces P et Q et cette,douille, et, s'il y a plusieurs douilles, entre deux douilles voisines, des corps en matière déformable analogues au corps en matière déformable ci-dessus décrit. L'effet de ces articulations multiples s'ajoute, ce qui permet d'augmenter l'angle limite au-dessus duquel le glissement se produit.
La fig. 4, relative à une variante de réali sation, montre la pièce Q dans la position moyenne de fonctionnement à partir de laquelle elle peut osciller dans un sens ou dans l'au tre, et la fig. 5 montre la forme libre du corps en matière élastique qu'on introduit entre les pièces P et Q de la fig. 4. Dans ce cas, les tensions internes sont perpendiculaires à l'axe de l'articulation, mais, le corps de la fig. 5 n'ayant pas subi d'étirage, il n'existe aucune tension longitudinale.
La pièce P contenant la matière élastique peut être en deux pièces séparées par un plan diamétral, comme les deux coussinets d'un palier, et la déformation peut être ob tenue par rapprochement de ces deux parties réunies au moyen de boulons, par exemple, Des tôles disposées à l'intérieur empêcheront, dans ce cas, la matière de fuir ou de s'écra ser au niveau,des joints entre ces deux pièces, pendant leur rapprochement. La déformation, dans ce cas, est produite par compression et non par étirage.
La ou les pièces formant l'articulation peuvent présenter des gorges annulaires pour augmenter la résistance aux poussées axiales; de même, on peut prévoir des épaulements aux extrémités ide ces pièces ou leur donner .une forme renflée à leurs extrémités, pour empêcher le corps en matière plastique de se déplacer axialement. Bien entendu, la matière interposée entre les deux pièces de l'articulation peut non seulement être déformée initialement par éti rage par exemple, mais elle peut être soumise également à une compression dans toute sa masse, de façon à augmenter l'adhérence.
La matière interposée au lieu d'être dé formée de la même façon dans toute sa masse peut comporter deux ou un plus grand nom bre de parties ayant subi des déformations initiales respectivement de sens différents, les tensions ainsi créées agissant en sens inverse et s'équilibrant.
Par exemple, dans le cas de la fig. 6, les deux parties ou bagues t t', disposées bout. à bout et constituées par une matière élas tique appropriée, sont soumises à des défor mations initiales angulaires dans deux direc tions différentes; ces déformations sont indi quées sur la figure par des hachures dans des sens différents pour les deux bagues.
Grâce à cette disposition, le pivot Q sera maintenu fermement dans sa position moyenne.
La fig. 7 montre l'application du dispo sitif de la fig. 6 au cas des deux pivots H et H' d'un phare E, la matière interposée en T et T' étant déformée angulairement en sens inverse pour chaque pivot, respectivement. Ce phare peut être manouvré au moyen de tout dispositif connu afin de réaliser l'abaissement du faisceau lumineux vers le sol. Eventuelle ment, une partie seulement du phare sera. mobile.
Il est évident que le même dispositif pour rait être appliqué pour constituer le pivot vertical d'un phare.
Si on veut éviter la déformation de cer taines parties de la matière élastique, celles- ci peuvent comporter par exemple des en toilages. Dans ces conditions, les déforma tions initiales sont seulement partielles et n'affectent pas ou sensiblement pas les por tions entoilées. Si l'entoilage est disposé à la périphérie du corps, ces déformations n'af fectent pas d'une manière sensible la surface extérieure du corps.
Dans ce cas, on réalisera une articulation qui, sans déformation initiale notable de la matière interposée, présente divers avan tages, à savoir: possibilité d'obtenir une grande amplitude pour le mouvement normal des pièces de l'articulation, et de permettre, en même temps, de faibles déplacements dans des directions qui ne correspondent pas à ce mouvement normal.
Les dispositifs ci-dessus décrits peuvent être avantageusement employés pour consti tuer les pivots et articulations diverses des véhicules automobiles, par exemple pour la direction, la suspension, l'arbre à cardan, etc. de ces véhicules, et aussi pour les axes de culbuteurs des soupapes du moteur.
Spécialement, dans le cas d'une suspen- tion à roues indépendantes, le pivot de direc tion de chacune des roues peut être cons titué par un dispositif tel que celui de la fig. 1, ou celui de la fig. 6. En choisissant convenablement le rapport des diamètres du corps en matière élastique avant et après la déformation, la résistance opposée par ces articulations aux déplacements axiaux, c'est- à-dire verticaux pourra équilibrer le poids de la voiture. Sinon, on pourra faire usage de ressorts pour compenser l'insuffisance de ré sistance de l'articulation dans le sens axial.
On aura donc réalisé un nouveau mode de suspension de véhicule automobile, permet tant de supprimer les ressorts ou d'employer des ressorts beaucoup plus faibles.
Dans le cas d'application du dispositif aux pivots d'attache des ressorts et des bras d'amortisseur de chocs pour automobiles, l'é lasticité de la matière interposée sera suffi sante pour permettre, outre les mouvements normaux de pivotement autour de l'axe de l'articulation, de légers mouvements de tor sion autour d'axes quelconques, qui pour raient prendre naissance par suite des cahots pendant la marche du véhicule.
Dans le cas pic les bras d'amortisseurs sont reliés au châssis uniquement par des a.rti- eulations du type ci-dessus décrit comme dans le cas d'amortisseurs du type à. ciseaux. ces légers mouvements autour d'axes autres que l'axe de l'articulation seront très limités, par suite de la résistance créée par la défor mation initiale de la matière interposée, On évitera ainsi les flottements latéraux, inévi tables lorsqu'on emploie des dispositifs à axes en croix.
Pour les pivots d'attache des ressorts, la possibilité de réaliser de légères torsion autour d'axes autres que l'axe du pivot évitera la torsion des lames de ressort et leur rupture subséquente.
On remarquera que, lorsque les mouve ments autour de l'axe d'articulation dépas sent une certaine amplitude (en degrés), la résistance opposée par la matière élastique interposée augmente sensiblement plus vite que l'amplitude de ces mouvements.
Il en résulte que, lors de la rencontre d'un obstacle, si les ressorts sont à fin de course, il se produit un effet de tampon susceptible d'aider efficacement les ressorts pour éviter le choc du châssis sur les essieux ou d'atténuer sensiblement celui-ci.
Dans le cas où ces dispositifs sont appli qués à la direction des véhicules automobiles (fusées des roues avant, articulations des barres de direction et d'accouplement), l'élas ticité de la matière élastique interposée entre les deux pièces de l'articulation tend à ra mener les pivots dans leur position moyenne après un virage et à maintenir le véhicule en ligne droite, ce qui donne à celui-ci une meil leure tenue sur route.
La suppression totale des jeux dans les articulation ci-dessus s'opposera à la nais sance du shimmy ou dandinement, qui se pro duit lorsqu'on emploie des pneus ballons.
Dans le cas où le dispositif d'articulation supporte un arbre pénétrant dans une en ceinte renfermant un liquide dont il y a lieu d'assurer l'étanchéité, ladite articulation rem plira également, par sa construction même, le rôle de joint étanche.
Il faut encore remarquer qu'en vue de permettre le remplacement aisé des articu lations ordinaires par des articulations du type ci-dessus décrit, on pourra fabriquer à l'avance des séries ou jeux d'articulations comportant l'ensemble d'une douille, d'un pivot avec la ,matière élastique interposée. Cet ensemble étant destiné à remplacer aisément les articulations ordinaires, il va de soit qu'il pourra être pourvu, dans ce but, d'organes de fixation appropriés permettant de relier la douille et son pivot, respectivement, aux deux pièces subissant un déplacement relatif.