FR2805868A1

FR2805868A1 - Elastic component such as compression spring used in vehicle manufacture is made from cylinder of flexible material with series of transverse slots

Info

Publication number: FR2805868A1
Application number: FR0002694A
Authority: FR
Inventors: Gilles Berthias
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2001-09-07

Abstract

The elastic component, e.g. a compression spring, is made from a cylinder or cone of a flexible material such as steel or a polymer. It has end rings (11, 12) and a series of transverse slots cut in it, offset relative to one another in adjacent rows and forming transverse flexible bars and lengthwise thrust members. The bars are able to flex under pressure, while the thrust members are in line and resist compression.

Description

La présente invention concerne un organe élastique, du type ressortà compression, notamment utilisable dans l'industrie automobile. The present invention relates to an elastic member, spring type to compression, particularly used in the automotive industry.

Plus précisément, l'invention concerne un organe élastique comprenant une pluralité de poutres dont chacune est supportée par deux appuis espacés l'un de l'autre suivant une direction longitudinale, et travaille en flexion entre ses deux appuissous l'effet d'une force appliquée transversalementà la direction longitudinale et transmiseà cette poutre par un élément de transmission de force, intermédiaire entre ses appuis. More precisely, the invention relates to an elastic member comprising a plurality of beams each of which is supported by two supports spaced apart from one another in a longitudinal direction, and works in flexion between its two supports. under the effect of a force applied transversely to the longitudinal direction and transmitted to this beam by a force transmission element, intermediate between its supports.

De tels organes élastiques ont beaucoup été utilisés dans l'industrie automobile sous le nom de "ressortsà lames de flexion" pour équiper les suspensions de véhicules légers ou poids lourds, ces ressorts prenant le plus souvent la forme d'un empilement de lames parallèles maintenues serrées ensemble par leur milieu, et de longueur croissante. Such elastic members have been widely used in the automotive industry as "springs to flexion blades" to equip the suspensions of light vehicles or trucks, these springs most often taking the form of a stack of parallel blades held tight together by their middle, and increasing length.

Cependant, non seulement ces ressorts très encombrants sont pratiquement dédiésà cette application spécifique, mais ils sont même, dans leur application privilégiée, de plus en plus remplacés par des ressorts hélicoïdaux, ces derniers étant appréciés notamment pour leur compacite, et faisant di . leurs l'objet d'innombrables applications dans tous les secteurs de la mécanique. However, not only these very bulky springs are practically dedicated to this specific application, but they are even, in their preferred application, increasingly replaced by coil springs, the latter being particularly appreciated for their compactness, and making them the object of countless applications in all areas of mechanics.

Dans ce contexte, l'un des mérites de l'invention a justement consistéà reconnaître que ressorts ' icoldaux, en dépit de leur succès universel présentaient des limitations, notamment en terme de raideur par rapportà leur poids, et en terme de fréquence fondamentale de résonance, qu'il était possible de repousser. In this context, one of the merits of the invention has precisely been to recognize that ' icoldaux springs, despite their universal success, had limitations, particularly in terms of their stiffness in relation to their weight, and in terms of the fundamental frequency of resonance, which it was possible to repel.

L'invention a donc pour but de proposer un nouveau type de ressort, notamment utilisable en lieu et place d'un ressort hélicoïdal, mais de performances supérieures. The object of the invention is therefore to propose a new type of spring, particularly usable in place of a coil spring, but with superior performance.

A cette fin, le ressort de l'invention, par ailleurs conformeà la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que les poutres sont agencées par paires pour former un empilement de cellules déformables élémentaires qui s'étend suivant une dimension axiale, transversaleà la direction longitudinale, les poutres d'une même paire formant une même cellule partageant les mêmes appuis et étant espacées l'une l'autre par ces appuis, et l'empilement comprenant au moins un élément de transmission de force communà deux cellules espacées l'une de l'autre suivant la dimension axiale, et reliant première et seconde poutres respectives de ces deux cellules. A this end, the spring of the invention, moreover compliant to the generic definition given in the preamble above, is essentially characterized in that the beams are arranged in pairs to form a stack of elementary deformable cells which extends along an axial dimension, transverse to the longitudinal direction, the beams of the same pair forming the same cell sharing the same supports and being spaced apart from each other by these supports, and the stack comprising at least one common force transmission element to two cells spaced apart from each other along the axial dimension, and connecting first and second respective beams of these two cells.

Dans mode de réalisation privilégié de l'invention, les cellules déformables élémentaires sont arrangées quinconce pour former un réseau bidimensionnel de cellules dans lequel chaque cellule présente au moins une poutre partagée deux autres cellules adjacentes, et dans lequel chacun des appuis des poutres d'une même cellule constitue élément transmission de force pour une poutre d'au moins une autre cellule. In a preferred embodiment of the invention, the elementary deformable cells are arranged in a quinconce to form a two-dimensional cell network in which each cell has at least one shared beam and two other adjacent cells, and in which each of the supports of the beams of a same cell constitutes force transmitting element for a beam of at least one other cell.

Ce réseau bidimensionnel peut ainsi former un tube dont les deux extrémités axiales sont espacées l'une de l'autre suivant dimension axiale, ce tube adoptant par exemple forme d'un câne ou d'un cylindre de section transversale circulaire, elliptique, ou absolument quelconque, et qui peut être aussi bien constante qu'évolutive suivant la dimension axiale. This two-dimensional network can thus form a tube whose two axial ends are spaced apart from one another in axial dimension, this tube adopting for example a form of a ring or cylinder of circular cross-section, elliptical, or absolutely whatever, and which can be both constant and evolutive depending on the axial dimension.

Ainsi, alors que les ressorts hélicoïdaux sont constitués d'un fil unique enroulé en spires cylindriques travaillant essentiellement en torsion, les cellules déformables qui constituent le ressort de l'invention travaillent essentiellement en flexion. Thus, while the helical springs consist of a single wire wound in cylindrical turns working essentially in torsion, the deformable cells which constitute the spring of the invention work essentially in bending.

Dans un mode de réalisation bien adapté aux exigences industrielles, les poutres, les appuis et les éléments de transmission de force sont réalisés par évidage d'une couche d'un matériau homogène. In an embodiment well adapted to industrial requirements, the beams, the supports and the force transmission elements are made by hollowing out a layer of a homogeneous material.

Bien qu'il soit possible de modifier les caractéristiques du ressort de l'invention en choisissant point de connexion de chaque élément de transmission de force sur une poutre, le ressort de l'invention peut, pour plupart des applications, être conçu de manière que chaque elément de transmission de force soit disposé au ieu d'une poutre. Although it is possible to modify the characteristics of the spring of the invention by choosing connection point of each force transmission element on a beam, the spring of the invention can, for most applications, be designed so that each force transmitting element is disposed in the middle of a beam.

Pour assurer une répartition homogène def orce de compression appliquéeà un ressort tubulaire conformeà ,invention, le tube constituant ce ressort peut etre bordé, l'une au moins de ses deux extrémités axiales, par un anneau, de préférence plus large et plus rigide chacune des poutres. To ensure a homogeneous distribution of f applied compression to a compliant tubular spring to , the tube constituting this spring can be bordered, at least one of its two axial ends, by a ring, preferably wider and more rigid each of the beams.

Le ressort de l'invention peut a priori être realisé en tout matériau présentant des propriétés élastiques appropriées, notamment en acier ou dans un polymère qu'un polyamide6-6. The spring of the invention may a priori be made of any material having suitable elastic properties, especially steel or a polymer polyamide 6-6.

Le ressort de l'invention peut également prendre les tailles les plus diverses, et peut par exemple être dimensionné pour constituer un ressort de rappel d'une soupape de moteur thermiqueou être dimensionné pour constituer un ressort de suspension d'un véhiculeà moteur. The spring of the invention may also take the most diverse sizes, and may for example be sized to constitute a return spring of a thermal engine valve or be sized to constitute a suspension spring from a vehicle to engine.

D'autres caractéristiques et avantages de invention ressortiront clairement de la description qui en est faite . après,à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - La figure1 est une vue schématique un réseau elémentaire de poutres et d'appuis appartenantà un ressort conformeà l'invention; - La figure 2 est une vue schématique d'un réseau bidimensionnel de poutres et d'appuis appartenantà un ressort conformeà l'invention; - La figure3 est une vue de côté d'une face visible 'un ressort tubulaire conformeà l'invention, représenté au repos; _ La figure 4 est une vue en perspective du ressort illustréà la figure3; et - La figure5 est une vue de côté d'une face visible d'un ressort tubulaire conformeà l'invention, représenté sous contrainte. Comme montre la figure1, l'invention concerne un organe élastique, ou ressort, comprenant un ensemble de poutres telles que DAB, DFG, IFG et IKL. Other characteristics and advantages of the invention will become clear from the description which is given herebelow, indicative and in no way limitative, with reference to the appended drawings, in which . B>: - Figure 1 is a schematic view of an elementary network of beams and supports belonging to a compliant spring to the invention; FIG. 2 is a schematic view of a two-dimensional network of beams and supports belonging to a spring conforming to the invention; - Figure 3 is a side view of a visible face, a tubular spring conforming to the invention, shown at rest; FIG. 4 is a perspective view of the illustrated spring at 3; and - Figure 5 is a side view of a visible face of a tubular spring conforming to the invention, shown under stress. As shown in FIG. 1, the invention relates to an elastic member, or spring, comprising a set of beams such as DAB, DFG, IFG and IKL.

Chaque poutre est supportée par deux appuis tels que CD, DE, HI et IJ, qui sont espacés1 1 un de1 1 autre suivant une direction longitudinale M. Each beam is supported by two supports such as CD, DE, HI and IJ, which are spaced 1 1 one of 1 1 other following a longitudinal direction M.

Dans cette configuration, chaque poutre peut travailler en flexion entre ses deux appuis sous l'effet d'une force W qui est appliquée transversalementà la direction longitudinale1 et qui est transmiseà cette poutre par un élément de transmission de force tel que AB,FG, FG et KL, intermédiaire entre les appuis CD, DE, HI et IJ de cette poutre. In this configuration, each beam can work in bending between its two supports under the effect of a force W which is applied transversely to the longitudinal direction 1 and which is transmitted to this beam by a force transmission element such as AB, FG, FG and KL, intermediate between the supports CD, DE, HI and IJ of this beam.

Selon l'invention, les poutres telles que DAB, DFG, IFG et IKL sont agencées par paires, telles que DAB et DFG d'une part, IFG et IKL d'autre part, pour former un empilement de cellules déformables élémentaires telles queD, I qui s'étend suivant une dimension axiale X2, transversaleà la direction longitudinale Dans l'acception que la présente description donne au mot "transversal", une seconde direction est considérée comme transversaleà une première direction dès lors qu'elle n'est pas parallèleà cette première direction, étant toutefois entendu que cette seconde direction fait de préférence, avec la première direction, un angle au moins voisin d'un angle droit. According to the invention, the beams such as DAB, DFG, IFG and IKL are arranged in pairs, such as DAB and DFG on the one hand, and IFG and IKL on the other hand, to form a stack of elementary deformable cells such as B> D, I which extends along an axial dimension X2, transverse to the longitudinal direction In the sense that the present description gives to the word "transverse", a second direction is considered transverse to a first direction since it is not parallel to this first direction, however, it being understood that this second direction is preferably, with the first direction direction, an angle at least close to a right angle.

Selon l'invention, par ailleurs, les poutres d'une même paire de poutres, telles que DAB et DFG, forment une même cellule, en l'occurrence la celluleD, partagent les mêmes appuis tels que CD etDE, et sont espacées l'une de l'autre par ces appuis. According to the invention, on the other hand, the beams of the same pair of beams, such as DAB and DFG, form a single cell, in this case the cell D, share the same supports as CD and DE, and are spaced from each other by these supports.

Enfin, cet empilement comprend au moins un élément de transmission de force, tel queFG, qui est communà deux cellules espacées l'une de l'autre suivant la dimension axiale X2, telles que les cellulesD, I, et qui relie des poutres respectives de ces deux cellules, en l'occurrence les poutres DFG et IFG. Néanmoins, pour développer l'essentiel de ses avantages, le ressort de l'invention présente de préférence la structure plus complexe illustréeà la figure 2. Finally, this stack comprises at least one force transmission element, such as FG, which is common to two cells spaced apart from one another according to the axial dimension X2, such as cells D, I, and which connects respective beams of these two cells, namely the beams DFG and IFG. Nevertheless, in order to develop most of its advantages, the spring of the invention preferably has the more complex structure illustrated in FIG. 2.

Dans une telle structure, les cellules deformables élémentaires, en l'occurrence notées deA à G, sont arrangées en quinconce pour former un réseau bidimensionnel de cellules. In such a structure, the elemental deformable cells, in this case denoted by A to G, are staggered to form a two-dimensional array of cells.

Chaque cellule de ce réseau, tel que la lule D, présente au moins une poutre, telle que la poutre DFG, qui est partagée par deux autres cellules adjacentes, en l'occurrence par les cellules F etG. Each cell of this network, such as the lule D, has at least one beam, such as the beam DFG, which is shared by two other adjacent cells, in this case by the cells F and G.

Par ailleurs, chacun des appuis des poutres d'une même cellule, par exemple chacun des appuis CD etDE des poutres DAB et DFG de la celluleD, constitue un élément de transmission de force pour une poutre d'au moins une autre cellule, en l'occurrence pour les poutres inférieures (sur la figure 2) des cellulesA et B, et pour les poutres supérieures des cellules F etG. Moreover, each of the supports of the beams of the same cell, for example each of the supports CD and DE of the beams DAB and DFG of the cell D, is an element of force transmission for a beam of at least one other cell, in this case for the lower beams (in FIG. 2) of cells A and B, and for the upper beams of the cells F and G.

Dans la plupart des applications qui peuvent être envisagées pour le ressort de l'invention, le réseau bidimensionnel qui vient d'être décrit forme, comme le montrent les figures3 à 5, un tube dont les deux extrémités axiales11, 12 sont espacées l'une de l'autre suivant la dimension axiale X2. In most of the applications that can be envisaged for the spring of the invention, the two-dimensional network which has just been described forms, as shown in FIGS. 3 to 5, a tube whose two ends axial 11, 12 are spaced apart from each other along the axial dimension X2.

Ce tube peut par exemple adopter la forme d'un cône ou d'un cylindre de section transversale circulaire, elliptique, ou absolument quelconque, cette section transversale pouvant elle-même aussi bien être constante qu'être évolutive suivant dimension axiale X2. This tube may for example take the form of a cone or cylinder of circular cross section, elliptical, or absolutely any cross-section that can itself be as constant as being scalable axial dimension X2.

Comme le montre le mieux laf igure 4, les poutres, les appuis et les éléments de transmission de force du ressort de l'invention sont de préférence réalisés par évidage d'une couche d'un matériau homogène, cet évidage pouvant lui-même etre réalisé pour tout moyen tel que moulage, usinage ou estampage. Le ressort de l'invention peut ainsi être réalisé dans des matériaux divers, notamment en acier ou dans un polymère tel qu'un polyamide6-6. As best shown in FIG. 4, the beams, supports and force-transmitting members of the spring of the invention are preferably made by hollowing out a layer of homogeneous material. this recess can itself be made for any means such as molding, machining or stamping. The spring of the invention can thus be made of various materials, in particular steel or a polymer such as polyamide 6-6.

Bien que chaque élément de transmission de force puisse se raccorderà une poutreà distance du milieu de celle-ci pour augmenter la raideur du ressort, comme le montre la figure 2 la plupart des applications du ressort de l'invention autorisentà raccorder chaque élément de transmission de force au milieu de chaque poutre, comme le montrent figures3 à 5. Although each force transmitting element can be connected to a beam at distance from the middle of it to increase the spring stiffness, as shown in Figure 2 the Most of the applications of the spring of the invention allow to connect each force transmission element to the middle of each beam, as shown in Figures 3 to 5.

Lorsque le ressort de l'invention adopte la formed un tube, il peut être opportun, pour améliorer la répartition sur l'ensemble des cellules de la force W appliquéeà ce ressort, prévoir que l'une des extrémités axiales11, 12 de ce ressort, ou les deux, soit bordée(s) par un anneau de largeur supérieureà chacune des poutres. When the spring of the invention adopts the form of a tube, it may be expedient, to improve the distribution on all the cells of the force applied to this. spring, provide that one of the axial ends 11, 12 of this spring, or both, be lined (s) by a ring of greater width to each of the beams .

Bien que cette possibilité n'ait pas été illustrée, cellules ressort peuvent elles-mêmes avoir des tailles des formes ou des épaisseurs différentes selon l'emplacement qu'elles occupent dans ce ressort, pour modifier localement la raideur ou plus généralement les caractéristiques de ce dernier. Although this possibility has not been illustrated, spring cells themselves may have different shapes or thicknesses depending on the location they occupy in this spring, to locally modify the stiffness or more generally the characteristics of this spring. latest.

Le ressort de l'invention présente de nombreux avantages. The spring of the invention has many advantages.

En particulier, il peut remplacer un ressort hélicoïdal classique même raideur avec un poids substantiellement plus faible et par exemple cinq fois plus faible. In particular, it can replace a conventional helical spring even stiffness with a substantially lower weight and for example five times lower.

Corrélativement, le ressort de l'invention présente une fréquence de résonance propre beaucoup plus élevée que celle d'un ressort hélicoïdal de même raideur, cette fréquence propre étant en effet proportionnelle au terme (K/M)#4, où K représente la raideur du ressort, et M sa masse. Correlatively, the spring of the invention has a much higher self-resonance frequency than that of a coil spring of the same stiffness, this natural frequency being in fact proportional to the (K / M) # 4, where K is stiffness spring, and M its mass.

Compte tenu de la possibilité, dans le ressort de l'invention, de modifier aisément la taille, la forme, l'épaisseur radiale, et la densité des cellules, donc aussi l'épaisseur des poutres, un tel ressort peut être conçu pour opposerà la force de compression W une force de réaction relativement complexe et reproductible, ce qui est tres difficileà obtenir avec un ressort hélicoïdal. Given the possibility, in the spring of the invention, to easily change the size, shape, radial thickness, and density of the cells, so also the thickness of the beams, such a spring can be designed to oppose to the compression force W a relatively complex and reproducible reaction force, which is very difficult to get with a coil spring.

Par ailleurs, le ressort de l'invention, lorsqu' adopte la forme d'un tube, présente un comportement isotrope vis-à-vis d'une force de compression W, contrairement aux ressorts helicoïdaux classiques, qui ont tendanceà se courber dans un sens ou dans un autre, selon la position angulaire la coupure de la spireà chacune des extrémites de ce ressort. Furthermore, the spring of the invention, when adopting the shape of a tube, has an isotropic behavior vis-à-vis a compression force W, unlike conventional helical springs, which tend to to bend in one direction or another, according to the angular position the cut of the turn to each of the extremities of this spring.

L'ensemble de ces qualités confèrent au ressort l'invention la possibilité d'être utilisé dans un très grand nombre d'applications. All of these qualities give the spring the invention the possibility of being used in a very large number of applications.

En particulier, compte tenu de sa résonance propre élevée, ce ressort est particulièrement adaptéà son utilisation en tant que ressort de rappel d'une soupape de moteur thermique, ou en tant que ressort de suspension d'un véhiculeà moteur, chacune de ces applications n'exigeant qu'un dimensionnement spécifique de ce ressort.In particular, given its high inherent resonance, this spring is particularly suitable for its use as a return spring of a thermal engine valve, or as a suspension spring of a vehicle to engine, each of these applications requiring only a specific dimensioning of this spring.

Claims

CLAIMS 1. An elastic member comprising a plurality of beams (DAB, DFG, IFG, IKL) each of which is supported by two supports (CD, DE; HI, IJ) spaced from each other in a longitudinal direction (Xi), and flexed between its two supports (CD, DE; HI, IJ) under the effect a force M applied transversely to the longitudinal direction (Xi) and transmitted to this beam (DAB, DFG; IFG, IKL) by a force transmission element (AB, FG; FG, KL) , intermediate between its supports (CD, DE; HI, IJ) , characterized in that the beams (DAB, DFG, IFG, IKL) are arranged in pairs to form a stack of elementary deformable cells (D, I) which extends along an axial dimension (X2), transverse to the longitudinal direction (Xi) , the beams (DAB, DFG) of the same pair forming the same cell (D), sharing the s the same supports (CD, DE) and being spaced from each other by these supports, and the stack comprising at least one force transmitting element (FG) common to two cells (D, I) spaced from each other along the axial dimension (X2), and connecting first and second respective beams (DFG , IFG) of these two cells (D, I). 2. Elastic member according to claim 1, characterized in that the elementary deformable cells (A, B), C, DE, F, B> G) are staggered to form a two-dimensional network of cells in which each (D) cell has at least one beam (DFG) shared by two other adjacent cells (F, G) and in which each of the supports (CD, DE) of the beams (DAB, DFG) of the same cell (D) constitutes a force transmission element (CD; DE) for a beam of at least one other cell (A, F; B, G). 3. Elastic member according to claim 2, characterized in that the two-dimensional network forms a tube whose two axial ends (11, 12) are spaced one the other according to the axial dimension (X2). 4. elastic member according to claim 2 or 3, characterized in that the two-dimensional array has a cylindrical shape. 5. elastic member according to claim 2 or 3 characterized in that the two-dimensional array has a conical shape. 6. Elastic member according to any one of the preceding claims, characterized in that beams, supports and force transmission elements are made by hollowing out a layer of a homogeneous material. . Elastic member according to any one of the preceding claims, characterized in that each force transmission element (FG) is arranged in the middle of a beam (DFG, IFG ). . elastic member according to any one of the preceding claims combined to the claim 3 characterized in that the tube is bordered, to at least one of its two axial ends (il, 12), by a ring (120). . Elastic member according to any preceding claim, characterized in that it is sized to constitute a return spring of a thermal engine valve. 10. Elastic member according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it is sized to constitute a suspension spring of a motor vehicle. 11. Elastic member according to any one of the preceding claims, characterized in that it is made of steel. 12. Elastic member according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it is constituted by a polymer such as polyamide 6-6.