Dispositif mécanique élastique à double sens

[AATC]

Bonjour,

Voici un problème mécanique pour lequel nous cherchions une solution simple.
("cherchions" car nous avons trouvé un moyen acceptable pour résoudre notre problème, mais il y a peut être d'autres moyens simples à trouver, et celui imaginé peut surement être amélioré).

Bref, voici le problème posé :

Nous avons 2 éléments mobiles reliés par une liaison rigide. Cette liaison est soumise à des forces de compression (rapprochement des éléments) et de traction (éloignement des éléments) qui génèrent une usure, de la casse, des blessures. (on vous dira plus tard dans quel domaine le problème de pose).

Certaines forces en jeu peuvent être importantes et brutales (plusieurs centaines, voire milliers, de Newton), d'autres sont plus réduites (quelques dizaines de N).

Il fallait aussi pouvoir modifier facilement :
- le débattement de la liaison (allongement/raccourcissement)
- la précontrainte de la liaison (durcir ou assouplir la pré-contrainte) selon le niveau des forces.

(PS: n'étant pas spécialiste du sujet, il est possible que certains termes, définitions ou unités soient incorrects !...
D'ailleurs quand on découvre toutes les subtilités de réglages de certains amortisseurs, notamment de VTT - sag, compression, détente, etc - on s'aperçoit que le sujet est bien complexe.
Merci donc aux connaisseurs d'apporter les corrections nécessaires ! ).

Il faut donc trouver un moyen simple (montage mécanique qui s'insère dans un ensemble mécanique) pour obtenir "une liaison élastique" qui peut donc à la fois s'allonger et se raccourcir. (On peut penser qu'un gros boudin de caoutchouc peut fonctionner... mais pas pour l'usage prévu).

Pour vous donner une image du fonctionnement, c'est un peu comme si on voulait utiliser un ressort ou élastique (donc un lien souple qui se comprime ou s'étire selon le type) pour à la fois retenir 2 éléments qui s'éloignent ou qui se rapprochent violemment.
Une solution simple consiste en un système comme un piston dans un tube, avec un ressort au dessus et un ressort au dessous du piston : l'ensemble fonctionne en compression et en traction. (C'est amusant : un brevet très ancien, de 1930, a été déposé pour un montage similaire !)

Le montage mécanique imaginé permet donc d'intégrer tous types de liens élastiques, extensible ou compressible (ressort de compression ou de traction, amortisseur), permettant d'apporter l'élasticité entre les 2 éléments reliés...
J'en dis pas plus pour pas orienter vos réflexions sur la même piste que notre montage.


Bon, c'est pas simple à expliquer et j'espère que l'énoncé est assez clair, mais si vous avez des questions et des propositions, elles sont attendues avec impatience.

Vous avez 2 heures...
ou plus si nécessaire !
-----

[mécano41]

Bonjour,

Si la raideur en traction peut être la même que la raideur en compression, voici une solution...

Cordialement

[Jaunin]

Bonjour AATC,
Auriez-vous un croquis de votre système.
Cordialement.
Jaunin__

Certaines forces en jeu peuvent être importantes et brutales (plusieurs centaines, voire milliers, de Newton), d'autres sont plus réduites (quelques dizaines de N).

Là ?.....

[AATC]

Merci mécano41 pour cette réponse rapide, et c'est bien le principe recherché.
Ca ressemble au fameux brevet ancien évoqué ! (sur lequel nous étions tombé dans nos recherches).
En l'occurrence, c'est un système mis au point pour "amortir" des à-coups sur la direction d'un engin de chantier (voir pj)

Néanmoins avec ce mécanisme les réglages sont difficiles (dureté, précontrainte, ...), et il est encore plus difficile d'adapter ce système avec un élément amortisseur (avec hydraulique) car il intègre un simple ressort qui restitue l'énergie emmagasinée.
Ceci dit, il répond en grande partie au problème posé : amortir en compression et en traction.

Pour revenir à notre solution trouvée, elle est intéressante car elle fonctionne de la même façon avec un ressort (ou amortisseur) de compression ou de traction...

[A voir en vidéo sur Futura]

[AATC]

@mécano41 : il y a aussi cette version qui permet d'avoir des raideurs différentes en traction et en compression si les ressorts sont différents :

[mécano41]

Bonjour,

Attention : avec le système du dernier message, les ressorts sont détendus et juste au contact donc la force, au départ, est nulle et la raideur est celle du ressort que l'on comprime.

En prenant deux ressorts plus longs, on aura une précontrainte et la raideur sera alors doublée (pour des ressorts identiques), ce qui peut être intéressant dans certains cas (voir croquis joint expliquant l'avantage de cette précontrainte - je l'avais fait pour des ressorts de traction mais c'est pareil en compression). A noter que l'on utilise également cet avantage dans la précharge des roulements et butées.

Enfin, si tu veux créer un point milieu à partir duquel il faut dépasser un certain effort, dans un sens ou dans l'autre, avant de bouger, il faut faire comme dans mon message précédent ou bien comme dans le second croquis joint.

Cordialement

[polo974]

une came qui se déplace et un galet qui pousse là-dessus... avec une vallée au niveau du point de repos et les profils qu'on veut dans chaque sens.

au repos, le galet est au fond le la vallée. point d'équilibre tant que...
la différence de pente permet de jouer sur les forces dans un sens ou dans l'autre.
la force d'appui du galet au fond de la vallée défini avec les pentes les forces nécessaire pour décaler d'un coté ou de l'autre.

si la came comporte un plateau, on dispose d'une zone de "débrayage" du système. on peut aussi avoir une pente qui diminue sans s'annuler, ce qui permet d'avoir toujours un rappel, mais moins dur lors de grandes excursions. bref, on a un ressort non linéaire... il suffit "juste" de dessiner la non linéarité...

maintenant, il faudrait juste savoir quel est le réel besoin...

[Jaunin]

Pour les forces importantes et brutales il y a les Dashpot.

[AATC]

Bonjour,

Je suis heureux que ce sujet en intéresse certains. Il nous a occupé quelques temps avant de trouver une solution adaptée et originale.

Mécano41, je ne vois pas pourquoi le système du croquis de mon dernier message est différent des autres solutions, en particulier de celle de ton système avec un seul ressort !
Ta solution avec 1 seul ressort est intéressante mais a l'inconvénient de nécessiter que l'ensemble soit long, pour un long débattement, afin de permettre à l'axe de se déplacer lors de la compression du ressort ; il en résulte que le débattement s'en trouve réduit. Ceci dit, avec le principe du "piston" avec 2 ressorts (au dessus/au dessous) la problématique de la longueur du mécanisme n'est pas résolue car il faut 2 ressorts.
En revanche, avec 2 ressorts cela permet d'avoir une force différente à la compression et à la traction. C'est un avantage.

Pour l'une et l'autre, ce qui est intéressant c'est qu'on peut aussi mettre 2 ressorts contiguës, un de raideur faible contre un autre de raideur plus forte de façon à ce que le plus faible fonctionne avec les petites forces, et le plus fort dès qu'il y a une force importante.

Jaunin, qu'est-ce qui t'interpelle dans la phrase ?

Certaines forces en jeu peuvent être importantes et brutales (plusieurs centaines, voire milliers, de Newton), d'autres sont plus réduites (quelques dizaines de N).
Là ?.....

Et qu'est ce donc des Dashpot pour les forces importantes et brutales ???
Pour quels types d'utilisations ?... Ca m'intrigue furieusement ce mécanisme !
Une recherche sur le net donne ce type d'objet qui ressemble beaucoup au croquis plus haut sans les ressorts, ce qui laisse penser que le fluide "amortisseur" est de l'air, et remplace les ressorts :
dash-pot-big.jpg


polo974

une came qui se déplace et un galet qui pousse là-dessus... avec une vallée au niveau du point de repos et les profils qu'on veut dans chaque sens.

Peut-on avoir un petit croquis ?... Le texte laisse entrevoir des avantages intéressants pour notre utilisation !


Après avoir (un peu) discuté de ces systèmes "amortisseurs à double sens" (d'ailleurs quel nom donne-t-on à ce type de mécanisme?), et fait un tour des solutions possibles et proposées, je vous présenterai la solution trouvée... et la 2.ème partie du problème.


Pour en dire plus sur le sujet, cette partie (le système amortisseur double sens) est un élément d'un ensemble mécanique plus important avec un renvoi de forces perpendiculairement pour gagner en débattement, et réduire l'encombrement et la distance entre les 2 éléments reliés.
Croqis renvoi de forces.jpg

C'est un sujet qui a été proposé à des étudiants en Génie-Mécanique (bac+3), et l'utilisation intervient, pour en dire encore un peu, dans un secteur "agricole"...


Pour finir, voici des schémas cinématiques proposés par les étudiants. Mais apparemment, ils ne seraient pas corrects (les schémas), mais je ne suis pas compétent pour en juger) :

Avec élément compressible :
Schéma cinématique ressort de compression.jpg

Avec élément extensible :
Schéma cinématique ressort de traction.jpg

[mécano41]

Mécano41, je ne vois pas pourquoi le système du croquis de mon dernier message est différent des autres solutions, en particulier de celle de ton système avec un seul ressort !

J'essayais seulement d'expliquer que dans ton cas, les deux ressorts en position initiale se touchent sans être pré-comprimés et j'expliquais la différence avec un système où les ressorts seraient pré-comprimés mais je pense que tu n'as pas bien lu.

Ta solution avec 1 seul ressort est intéressante mais a l'inconvénient de nécessiter que l'ensemble soit long, pour un long débattement, afin de permettre à l'axe de se déplacer lors de la compression du ressort ; il en résulte que le débattement s'en trouve réduit.

Tant que l'on reste dans les principes, sans connaître les courses, efforts...etc, on ne peut pas dire si une solution est meilleure qu'une autre...et ce n'était pas mon but.

Cordialement

[polo974]

petit dessin (rapide)

ancrage à gauche (rond vert) et droite (rond noir).
en rouge, le galet (et son guidage) qui se trouve dans la vallée, point de repos, le ressort (bleu) pousse le galet verticalement.
vers la droite:

• forte pente initiale => forte raideur effective
• plateau (ou quasi plateau) => force (quasi) nulle, zone de "débrayage"
• forte pente de fin de course => il vaut mieux éviter de démonter le système...

de l'autre coté:

• faible pente => faible raideur effective
• (et fin de course)

en jouant sur la pente, par exemple entre la zone forte pente et le plateau, on peut obtenir une raideur nulle (la force reste constant durant le déplacement), ou une raideur négative (un peu comme les arcs à poulie: passé un certain point, plus on tire, moins c'est dur).
raideur négative pour passer sur le plateau...
on peut même s'amuser à créer plusieurs vallées, points de repos (on voit ça dans les mécanisme de portière de voiture pour maintenir la porte plus ou moins ouverte), bref, c'est open bar pour tout délire, mais je n'ai rien inventé...

[AATC]

Bonjour,

Désolé de mon silence (que Polo974 m'a rappelé dernièrement ! ).

Voici déjà plus d'infos sur l'utilisation du système étudié : atténuer les à-coups à l'accélération (traction) et au freinage (compression) avec la traction animale !

Par exemple, nous utilisons des outils pour déplacer des grosses billes de bois de plusieurs centaines de kg, le cheval de débardage, pour amorcer le déplacement va donner un grand coup d'épaule (coup de collier), et inversement, il peut stopper brutalement en descente et nous voulons réduire le coup donner par le bille qu'il tracte, d'où la remarque d'un commentaire précédent : "Certaines forces en jeu peuvent être importantes et brutales (plusieurs centaines, voire milliers, de Newton), d'autres sont plus réduites (quelques dizaines de N)". (mais l'unité du Newton n'est peut être la plus adaptée!).

Le problème est identique avec une voiture qui titre une grosse remorque, sauf que le freinage peut être automatisé avec un timon avec frein inertiel. Mais au démarrage les à-coups sont présents et peuvent causer des dégâts : c'est le cas du tracteur agricole qui démarre brutalement avec une lourde remorque de fruits ou de légumes dans des caisses empilées : patatras.

Ce problème d'à-coups se retrouve donc avec tous les ensembles comprenant un "élément tracteur" et un "élément tracté", qu'il s'agisse de la ménagère qui tire son panier de courses sur roulettes, en passant par la remorque derrière un vélo, une remorque derrière un tracteur ou une calèche ou un tronc d'arbre derrière un cheval !

Croquis voiture vue latérale + cheval.jpg Croquis voiture vue latérale + trinqueballe.jpg

Pour le cheval les à-coups génèrent la casse du matériel (collier, bricole, trait, attaches, ...) et peut provoquer des blessures aux endroits d'appui ou de frottement du matériel sur le cheval (poitrail, épaules, encolure, flancs, ...).
Nous pensons que les atténuer apporterait un mieux, mais ce n'est pas sûr. (sauf au niveau du confort du cheval - nos "anciens" utilisaient de simples ressorts).
Comme nous avons peu d'espace entre l'animal et la charge tractée, l'idée est de placer l'élément ressort perpendiculairement au sens de la marche, mais c'est un autre problème.

Bref, nous cherchions d'abord le système amortisseur simple à double sens (traction/compression).
Voici une solution trouvée qui semble répondre au problème. Notez qu'elle marche aussi bien avec un élément de compression que de traction et que la forme des lumières de guidage permet de moduler l'effet ressort) :

Maquette amortis. avec tubes.jpg

Après, il s'agira de trouver la mécanique qui fera fonctionner un système comme celui ci mais perpendiculairement au sens de forces :

Croqis renvoi de forces.jpg

[mécano41]

Bonjour,

https://forums.futura-sciences.com/t...e-hybride.html

https://forums.futura-sciences.com/t...le-rigide.html

Cordialement

[AATC]

Bonjour mécano41 !

Bonjour,
https://forums.futura-sciences.com/t...e-hybride.html
https://forums.futura-sciences.com/t...le-rigide.html
Cordialement

Que doit-on comprendre par ce commentaire lapidaire ?...


Effectivement, ce sujet a déjà été plus ou moins traité (en 2014, sous un autre pseudonyme dont je n'avais plus le mail, AATC étant l'acronyme), et d'ailleurs aussi sur plusieurs forums, puis a donné lieu à un travail d'étudiants en Licence Pro Mécanique et Electronique (Syst.Numériq) en 2018/2019, donc 4 ans plus tard... (je vais voir si je peux mettre leurs dossiers techniques en ligne).

Le système n'est pas encore au point mais plusieurs solutions ont été proposées par les étudiants, et le sujet reste d'actualité, loin s'en faut.
D'ailleurs depuis, des organismes tels que l'IFCE* se sont dits intéressés par le sujet : c'est ce qui motive à le relancer. (* : Institut du Cheval et de l'Equitation)

Je pense qu'il est intéressant de le partager et de sortir des sentiers battus pour trouver d'autres idées et des améliorations.


Depuis, divers tests et réalisations ont été faits.

Pour commencer, voici une petite réalisation d'une mise en oeuvre simple du système : un timon de remorque-vélo amorti en traction et en compression avec un petit vérin hydraulique (vérin de meuble, 10 N) :
(dès que nous en aurons le temps, nous essayerons de faire une vidéo du système en cours d'utilisation)



Le timon de cette remorque-vélo qui s'étire et se comprime permet d'amortir les à-coups au freinage et actionne un frein, et amortit aussi le démarrage au premier coup de pédale ! (on reste donc dans le sujet).

Il y a aussi cette petite vidéo d'une réalisation qui reprend les fonctionnalités du dispositif qui semble intéressante.


"Cent fois sur le métier tu remettras ton ouvrage"

[mécano41]

...Que doit-on comprendre par ce commentaire lapidaire ?...

Rien de plus que l'indication de ces deux discussions sur un sujet similaire.

Cordialement

[AATC]

C'est donc ce qu'on appelle : réactualiser un sujet !

(AATC étant l'acronyme de ... Avenir à Tout Crin. N'ayant pas retrouvé les codes de l'ancien pseudo, j'en ai créé un nouveau pour exposé l'avancé du projet. J'ai demandé aux administrateurs s'il était possible de regrouper les sujets et supprimer 1 des 2 pseudos).

Bref, pour revenir au(x) sujet(s) :

1) que pensez-vous du système mécanique "amortisseur" à double sens et des tests réalisés - Vous semble-t-il utile dans un ensemble tracteur/tracté ?
2) avez-vous d'autres idées pour un tel système ?

Après, si vous êtes intéressés, je vous exposerai le travail des étudiants pour les systèmes mécanique de renvoi des forces perpendiculairement...

Cordialement

[polo974]

(je me disais bien en voyant les différents sujets récents qu'il y avait un lien avec cet ancien sujet...)

d'abord, amortir, ça veut dire dissiper de l'énergie (sous forme de chaleur au final), bref, plus de fatigue, mais aussi plus de confort.

les "anciens" proposaient des ressorts, mais pas que: https://www.selleriedumeneur.fr/25-a...ur-de-traction

j'ai trouvé un glossaire sur le net, mais pas de nom pour les sangles reliées au collier ou à la bricole... ton image parle de traits, allons pour traits

donc on peut facilement trouver la place pour poser ces ressorts dans les traits (en fait, on pourrait utiliser des traits élastiques...)
mais ces ressorts ne servent qu'en traction, sauf si on en monte aussi dans les sangles de l'avaloire (cf glossaire).

le top serait d'activer un frein quand la charge pousse. et juste un ressort en traction.

[AATC]

Bonjour Polo974,

Le sujet avait déjà été abordé mais n'avait pas donné de solution probante. Depuis des progrès et des tests ont été faits.

La différence entre ressort et amortisseur est intéressante dans le sens de savoir dans quelle(s) tâche(s) l'un vaut mieux que l'autre.
Ta remarque est d'ailleurs judicieuse (et paradoxale) : "amortir est plus fatigant mais plus confortable".
On a tendance à penser que si c'est plus confortable, c'est moins fatigant... mais c'est à confirmer et à tester en situation réelle !

Dans ce domaine, ton lien vers la "sellerie du meneur" ne propose que des ressorts de duretés différentes (je n'ai pas vu d'autres matériels à part , et curieusement qui reprennent le principe des tendeurs de bâche (ressort de compression avec 2 crochets traversants pour les utiliser en traction).

Les anciens utilisaient des ressorts de traction comme l'explique l'association Hipotese qui a d'ailleurs fait fabriquer de nouveau ces ressorts.
Des tests ont été effectués dans un contexte particulier : lisser les à-coups de traction pour une voiture hippomobile à assistance électrique.

Mais à ce jour il n'y a pas vraiment de réponse précise (et scientifique) sur les avantages ou inconvénients de ces ressorts : certains les utilisent et n'en disent que du bien, d'autres pas du tout. En revanche aucun test avec des amortisseurs.

A noter que cette technique de traction avec un lien élastique a trouvé une utilisation nouvelle avec la "sangle dynamique" en 4x4 (voir les vidéos sur le net), mais le principe n'est pas le même qu'avec les chevaux.

Je ne connaissais pas le glossaire que tu as trouvé et je vais le parcourir (140 pages tout de même !). Mais j'ai rapidement vu qu'il abordait le sujet des ressorts.

Les sangles qui relient la voiture hippomobile, ou l'outils tracté au cheval (au collier ou à la bricole), s'appelle des TRAITS, tout simplement. Contrairement à ce qu'on peut croire, les brancards (barres rigides des chaque côté du cheval) ne servent pas à la traction... sauf sur certains matériels !
cheval attelé avec brancards.jpg

Les traits peuvent être en cuir, en corde, en chaîne ou tout autre lien souple, et à ma connaissance il n'en existe pas "élastique" ! Seuls les ressorts placés en bout de trait, côté voiture ou outils existent et absorbent les à-coups violents (coup de collier).

Enfin, comme tu le fais remarquer, les traits (et les ressorts s'il y en a) ne fonctionnent qu'en traction. Pour avoir un effet "amortisseur" au freinage, il faut trouver un emplacement adapté. 2 ressorts au niveau de l'avaloire peut effectivement fonctionner, mais il y a d'autres solutions et c'est ce qu'on a cherché avec les étudiants. (C'est la 2.ème partie du sujet : le système interface entre le cheval et la voiture qui devra permettre de placer un système amortisseur "double sens" transversalement, pour gagner de la place et du débattement).
Porte-brancards croquis 4.jpg Porte-brancards croquis 5.jpg

avec le problème d'arc-boutement possible:
Porte-brancards croquis 6.jpg

Les étudiants ont proposé plusieurs solutions. A suivre.

Et pour finir sur ta dernière remarque : "le top serait d'activer un frein quand la charge pousse. et juste un ressort en traction."
C'est effectivement un progrès intéressant que de trouver un système de freinage automatique, à l'image des remorques auto-freinées, mais mieux, dans le cas d'une voiture hippomobile à assistance électrique (le projet qui a lancé la discussion initiale) ce système permettrait de basculer en freinage électrique et dans le même temps recharger les batteries.

[AATC]

et j'ajoute... que la recherche du système amortisseur à double sens à donner des idées qui semblent intéressantes comme le crochet d'attelage sur le petit tracteur de la vidéo ou sur le timon de la remorque vélo. (à noter que dans ce type d'utilisation, "l'amortisseur double sens" peut se placer aussi bien coté tracteur que coté remorque !).

C'est un autre sujet de débat, mais si certains ont des avis et des remarques sur le sujet ...
(de façon empirique et purement subjective, je pense que c'est mieux d'avoir un crochet d'attelage qui absorbe en traction et en compression !)

[AATC]

Bonjour à tous,

Je reviens à la charge.... car il y a du nouveau !
Histoire de ne pas prêcher dans le vide, y a t'il encore des personnes intéressé par ce sujet ?...

J'en profite pour faire un appel : quelqu'un saurait-il me faire une petite animation d'un ressort de traction, et d'un ressort de compression ?
(ou me conseiller un logiciel freeware qui peut me permettre de le faire assez simplement)