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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique B 5 141 − 1 Isolation antivibratoire et antichoc Solutions technologiques et industrielles par Bernard GARNIER Chef du Service Projets à la société MÉTRAVIB RDS appelons les différentes fonctions demandées conjointement à une suspension de machine : — supporter le poids de l’ensemble suspendu, moyennant une déflexion permanente dite statique ; — assurer la connexion d’éléments tels que les arbres de transmission (accoup- lements élastiques), les lignes de fluides (manchons élastiques, flexibles d’échap- pements...), etc. ; 1. Solutions technologiques...................................................................... B 5 141 - 2 1.1 Supports élastiques..................................................................................... — 2 1.1.1 Choix d’un mode de déformation ..................................................... — 2 1.1.2 Supports élastomériques simples..................................................... — 3 1.1.3 Supports lamiﬁés................................................................................ — 3 1.1.4 Supports élastoméro-hydrauliques .................................................. — 3 1.1.5 Supports métalliques à base de ressorts ......................................... — 4 1.1.6 Supports métalliques à base de câbles ............................................ — 6 1.1.7 Supports pneumatiques..................................................................... — 6 1.2 Butées antichocs.......................................................................................... — 6 1.3 Absorbeurs dynamiques............................................................................. — 8 1.4 Accouplements ﬂexibles............................................................................. — 10 1.5 Flexibles hydrauliques ................................................................................ — 11 1.6 Suspension de lignes de tuyauteries......................................................... — 11 1.7 Suspensions adaptatives ............................................................................ — 12 1.8 Amortissement structural ........................................................................... — 12 2. Ingénierie d’une suspension de machine.......................................... — 15 2.1 Approche globale et démarche .................................................................. — 15 2.2 Calcul d’une suspension ............................................................................. — 16 2.2.1 Données à réunir sur l’application .................................................... — 16 2.2.2 Calcul de la suspension...................................................................... — 16 2.2.3 Choix des plots ................................................................................... — 19 2.2.4 Vériﬁcations complémentaires et correctifs..................................... — 20 2.3 Dimensionnement et optimisation d’un massif........................................ — 20 2.3.1 Principes.............................................................................................. — 20 2.3.2 Choix technologiques......................................................................... — 21 2.3.3 Conception du massif......................................................................... — 21 2.4 Inﬂuence des structures amont et aval...................................................... — 23 2.5 Double suspension...................................................................................... — 24 3. Ingénierie d’une suspension d’équipement sensible..................... — 25 3.1 Protection antivibratoire ............................................................................. — 25 3.1.1 Recueil des données........................................................................... — 25 3.1.2 Calcul de la suspension...................................................................... — 27 3.2 Protection antichoc...................................................................................... — 27 3.2.1 Domaines d’application ..................................................................... — 27 3.2.2 Enjeux d’une protection antichoc...................................................... — 28 3.2.3 Tests standardisés .............................................................................. — 28 4. Conclusion ................................................................................................. — 30 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. B 5 142 R ISOLATION ANTIVIBRATOIRE ET ANTICHOC _________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. B 5 141 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique — compenser les effets des vibrations, corriger les désalignements, rattraper les jeux ; — absorber les efforts transitoires, les à-coups, les chocs, en étalant la resti- tution d’énergie ; — amortir l’énergie vibratoire en la dégradant en chaleur du fait de la structure moléculaire de l’élastomère choisi ; — découpler la machine de son environnement pour minimiser la propagation des vibrations et la génération de bruit par les structures environnantes à moins qu’il ne s’agisse du cas inverse où l’on souhaite se protéger d’une machine voisine générant de fortes vibrations, ou d’un environnement susceptible de générer des chocs (séismes), etc. (§ 3). Pour assurer de manière fiable et durable toutes ces fonctions, on aura donc tout avantage à employer des composants de suspension déjà industrialisés. La première impression qui peut se dégager de la consultation des catalogues des principaux manufacturiers d’éléments de découplage [Doc. B 5 142] est la très grande diversité des concepts et des formes. Enjeu parfois de très grandes séries (supports pour le marché automobile en particulier), l’inventivité des indus- triels est basée à la fois sur les progrès de la maîtrise des élastomères et de leur mise en œuvre (en particulier l’adhésion des élastomères sur les embases métalliques), sur une politique de protection industrielle et de brevets – donc aussi de contournement de brevets – tout comme sur le recours à des per- fectionnements subtils de la géométrie ou des concepts amortissants pour en accroître les performances. Sans prétendre à l’exhaustivité, le paragraphe 1 vise à familiariser le lecteur aux diverses formes de base, à leurs avantages spécifiques et donc, avant tout, à guider la présélection des composants les plus adéquats. Il donne une place prépondérante aux supports élastiques qui représentent la majeure partie des applications. Le paragraphe 2 traitera de l’étape finale de sélection des éléments requis en fonction de l’analyse très précise de l’application. Le lecteur se reportera utilement à l’article [B 5 140] Isolation antivibratoire et antichoc. Défi- nitions. Principes physiques, ainsi qu’à l’article [R 3 140] Vibrations des structures industrielles dans le traité Mesures et Contrôle. L’auteur remercie particulièrement la société Lord SA pour lui avoir permis d’utiliser large- ment sa documentation technique dans cet article. 1. Solutions technologiques 1.1 Supports élastiques Sous cette dénomination, considérons tous les éléments per- mettant de supporter un équipement et une machine, au sens étymologique d’en reprendre le poids. Les supports élastiques doivent en outre satisfaire les objectifs suivants, à un niveau de priorité qui varie selon l’application : — compenser les erreurs ou tolérances entre la géométrie des points d’attache côté machine et côté support ; — compenser des variations relatives entre ces deux géométries du fait de dilatations différentielles en fonction de la température ; — compenser les déformations de la machine ou de l’équipement liées à son fonctionnement ; — et, bien sûr, filtrer les vibrations et/ou les chocs, grâce au grand contraste de raideur entre le support élastique et les structures « amont » et « aval » (article Isolation antivibratoire et antichoc. Défi- nitions. Principes physiques [B 5 140]) et à sa capacité à supporter de grandes déformations statiques et dynamiques. 1.1.1 Choix d’un mode de déformation L’élasticité des supports est obtenue en jouant à la fois sur le choix d’un matériau et d’un facteur de forme. On classe en général les modes de déformation de l’élément élastique en termes : — de compression (figure 1a) : dans ce cas, comme le matériau est lui-même quasi incompressible au sens d’une réduction de volume en fonction de la pression, la déformation de l’élément élas- tique est obtenue par expansion vers ses flancs. Cette déformation est très dépendante du rapport hauteur/ largeur, et conduit à des supports raides et non linéaires, la rigidité devenant très grande à partir d’un écrasement donné (figure 1b) ; — de traction (figure 1a), où cette fois le poids est repris en allongeant l’élastomère par un effet inverse de creusement des flancs du support. Aux petites déformations, la raideur est la même qu’en compression. On observe par contre un assouplissement du support au-delà d’un étirement donné (figure 1b), qui peut bien sûr conduire ensuite à la rupture. Toutefois, la qualité des élastomères et des adhésions sur les supports amène à reporter ce risque de rupture à des allongements spectaculaires de 300 à 400 % ! _________________________________________________________________________________________________ ISOLATION ANTIVIBRATOIRE ET ANTICHOC Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique B 5 141 − 3 — de cisaillement (figure 1a), qui conduit avec des élastomères à une souplesse accrue restant linéaire dans un large domaine de charges (figure 1b). Un autre avantage est que le caractère iso- volumique de la déformation maintient l’épaisseur initiale du sup- port inchangée dans ce même domaine ; — de flambage (figure 1a), qui conduit à un support fortement non linéaire : aux très petites charges, il se comporte en compres- sion, avant de s’assouplir fortement lorsqu’on atteint le seuil de flam- bage. Il se raidit de nouveau et retrouve une rigidité de compression lorsque le feuillet déporté par flambage se retrouve complètement écrasé (figure 1b). Nota : cette typologie vaut bien sûr tout autant pour les déformations dynamiques que statiques. La principale différence est que le poids s’exerce dans une direction constante et connue, alors que les vibrations sont potentiellement omnidirectionnelles – et le sont réel- lement, au sens d’une équirépartition statistique, dès qu’on atteint les fréquences où la machine n’est plus dynamiquement rigide (article Isolation antivibratoire et antichoc. Déﬁ- nitions. Principes physiques [B 5 140]) : un support utilisé en compression au sens du poids de l’équipement se comportera en cisaillement vis-à-vis d’un certain nombre de composantes vibratoires, et vice versa. On introduit une notion supplémentaire d’isotropie ou d’anisotropie : — un support sera dit isotrope si, autour de sa position statique nominale d’emploi, il présente des rigidités dynamiques égales dans la direction des axes principaux de déformation ; — un support sera au contraire anisotrope s’il présente des contrastes importants de rigidité dynamique suivant ces différents axes. Nota : il est important de tenir compte de l’effet de la charge statique continue (couram- ment abrégée CSC) pour apprécier l’isotropie d’un support, du fait de la non-linéarité des courbes caractéristiques de la figure 1b : la raideur dynamique est au premier ordre assimilable à la valeur de la tangente de la courbe au point de fonctionnement effectif du plot, multipliée par le coefficient de rigidification dynamique du matériau (article Isolation antivibratoire et antichoc. Définitions. Principes physiques [B 5 140]). Cela n’est vrai qu’aux basses fréquences, et dans l’article [B 5 140], on donne donne un exemple de la complexité uploads/Industriel/ application-des-vibrations-b5141.pdf