Brevet FR2008450A1 — publié le 19700123

L'invention se rapporte à un joint universel ayant une partie sphérique intérieure et une douille extérieure montée sur la partie sphérique qui comprend un alésage pour recevoir une partie de raccordement qui est fixée dans l'alésage par des anneaux de fixation. Normalement on agrandit la charge admissible ou la déviation angulaire admissible entre les deux parties du joint universel en augmentant les dimensions et ainsi l'espace nécessaire du joint universel. Quand l'espace nécessaire pour le joint universel ne pouvait pas être agrandi, il était impossible jusqu'ici d'agraw dir la charge admissible sans en mEme temps diminuer la déviation angulaire admissible entre les parties raccordées par le joint. En outre, on a normalement prévu les anneaux de fixation, par exemple, des collets, des écrous ou des éléments semblables sur les surfaces terminales opposées de la partie sphérique pour retenir une des parties de raccordement dans l'alésage de la partie sphérique. Quoiqu'il soit connu d'arrondir les arrêtes aux points d'intersection des surfaces terminales de la partie sphérique avec l'alésas voir par exemple les brevets américains nos. 2.541.160 et 3.084.4178 on a seulement essayé dans ces constructions connues d'améliorer le flux des lignes de force à ces points d'intersection, pour que les anneaux de fixation puissent s'engager d'une façon précise contre la partie sphérique. Par ceci, les charges désavantageuses entre la partie sphérique et les congés des anneaux de fixation, quand les anneaux de fixation sont formés d'un collet qui s'étend de la partie de raccordement, n'existaient plus. En outre, l'introduction de la partie de raccordement dans l'alésage était rendue plus facile gracie à l'extrémité en forme d'entonnoir de l'alésage.Ces chanfrins connus à l'extrémité de l'alésage ne peuvent pas recevoir les anneaux de fixation en entier et ainsi, ils ne peuvent pas agrandir la surface extérieure de la partie sphérique pour un joint universel ayant un espace nécessaire prédéterminé. L'objet de la présente invention est de fournir un joint universel, dans lequel la partie sphérique comprend une surface extérieure maximale, pour un espace nécessaire et une partie sphérique d'un diamètre prédéterminé, de sorte que la charge maximale et/ou la déviation maximale du joint puissent étre agrandies. Suivant la préserve invention le joint universel comprend une fraisure aux extrémités opposées de l'alésage, les fraisures ayant une profondeur appropriée pour recevoir les anneaux de fixation de la partie de raccordement pour que la partie sphérique reçoive une surface extérieure maximale pour une longueur prédéterminée de l'alésage.De cette façon, avec une largeur appropriée de la douille qui est monté sur la partie sphérique, une charge maximale peut titre supportée et/ou une déviation angulaire maximale peut etre admise. Par suite de ces avantages considérables les joint universel suivant la présente invention est particulièrement adapté d'étire utilisé dans des rotors d'hélicoptère dans lesquels avec l'augmentation du nombre des pales et des dispositifs de contrOle exi és par une technologie progressive, l'espace pour recevoir les joints universels diminue, qui de cette sorte doivent recevoir de plus petites dimensions mais qui sont soumises généralement à des charges plus grandes. Le joint universel suivant la présente invention est d'une construction simple, peut titre fabriqué facilement, peut titre as semblé ou démonté d'une façon facile, a un poids minimal et permet use charge admissible et une déviation angulaire maximales des parties raccordées par le joint suivant la présente invention tout en nécessitant seulement un espace minimal. D'autres particularités de l'invention ressortiront de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue de c8té d'un hélicoptère avec un rotor comprenant des joints universels selon la présente invention. La figure 2 est une représentation d'un rotor à cinq pales comprenant des amortisseurs pour le mouvement de trabée entre le rotor et les pales, et ces amortieseurs étant reliés aux pales par des joints universels selon la présente invention. La figure 3 est une représentation d'un amortisseur pour le mouvement de traînée avec le joint qui relie l'amortisseur -à la pale, la liaison entre l'amortisseur et le joint étant représentée en coupe partielle afin de montrer les parties dut joint universel plus clairement. La figure 4 est une représentation agrandie du joint universel selon la présente invention. La figure 5 est une représentation semblable à la figure 4 d'un joint universel connu. La figure 1 est une vue de cbté d'un hélicoptère 10 qui comprend un fuselage 12 et des roues d'atterrissage 14 et 16. Un rotor 17 est supporté par le fuselage 12 et tourne autour de l'axe 19. Le rotor 18 (figure 2) comprend plusieurs pales 20 qui s'étendent radialement de l'axe 19. Le rotor 18 est recouvert de préférence par une carène 22. Les pales du rotor peuvent se déplacer universellement par rapport au rotor, comme représenté par exemple dans le brevet américain no. 3.097.701, ou elles peuvent titre reliées d'une façon rigide au rotor comme montré dans le brevet américain no. 3.106.964. Un rotor arrière 26 est supporté par le pylon 24 afin de réactionner la force de rotation qui est exercée par le rotor 17 au fuselage 12. Comme représenté dans la figure 2 le rotor 17 comprend cinq pales qui peuvent se déplacer universellement par rapport au rotor 17 et le rotor tourne autour de l'axe vertical 19 d'un arbre de commande 30 connu et comprend des plaques de moyeu supérieures et inférieures en forme d'étoile 32 et 34 qui sont reliées entre elles. Les plaques 32 et 34 ont cinq bras qui s'étendent radialement et chaque bras coopère avec une pale du rotor. Les bras des plaques supérieures et inférieures sont superposés verticalement. Chaque paire des bras superposés supérieurs et inférieurs supporte une pale 20. Parce que toutes les pales et leurs dispositifs de fixation au rotor sont identiques, seulement une pale avec son di positif de fixation sera décrite ci-dessous. Les extrémités des bras superposés des plaques 32 et 34 comprennent des ouvertures alignées verticales dans lesquelles des charnières de tratnée 38 sont montées dans des paliers 39. La charnière de traSnée verticale comprend une ouverture transversale ayant un axe qui intersecte son propre axe vertical. Une charnière de battement 40 est prévue dans cette ouverture. La charnière de battement 40 est fixée entre les extrémités en forme de fourche 42 d'une tige de battement 44. La jige de battement comprend une élongation 45 qui s'étend dans la direction de l'axe longitudinal de la pale et sur laquelle la pale est montée pour des changements de ps autour de l'axe longitudinal. Les changements de pas sont contre lés par une corne pour le changement de pas 46 conventionnelle. La charnière de battement 40 comprend une projection 48 qui est fixée à une extrémité de l'amortisseur 50. L'amortisseur est supporté à son autre extrémité par deux goupilles 52 qui sont reliées aux bras supérieurs et inférieurs des plaques 32 et 34 approximativement au milieu entre la charnière de traînée 38 et l'arbre de commande 30. Ces goupilles forment des pivots auxquels l'amortisseur est monté d'une façon mobile. La liaison 60 de 1' amortisseur 50 à la charnière de battement 40 est représentéeplus clairement dans les figures 3 et 4. De la description précédente du rotor 17 il ressort que les pales 20 qui s'étendent radialement de l'axe 19 et des plaquesde moyeu 32 et 34 sont reliées à ces plaques pour tourner autour de la charnière de battement 40 et de la charnière de traînée 38. L'expérience a démontré que l'amortissement des mouvements des pales autour des charnières de tratnée est nécessaire pour éviter la résonance du sol en harmonie avec la production de vibrations dans les pales qui sont amplifiées par des vibrations de l'aéronef supporté par des roues d'atterrissage 14 et 16 élastiques. Ces vibrations commencent sous forme d'une petite oscillation des pales qui augmente rapidement à une grande et dangereuse oscillation qui peut produire la rupture de la pale ou le capotage de l'aéronef dans un temps incroyablement court. Pendant le vol en avant le mouvement de battement autour des charnières 40 augmente, ce qui provoque par suite des forces Coriolis une augmentation du mouvement des pales autour des charnières de traînée 38.Pendant le vol en avant il y a également une grande différence des forces de tratnée agissant aux pales avançantes, c'est-à-dire aux pales qui se déplacent dans la direction de vol de l'hélicoptère 10, et aux pales reculantes, c'est-à-dire les pales qui se déplacent dans la direction opposée du vol de l'hélicoptère. Par cette différence des forces de tratnée les mouvements des pales autour des charnières de travée sont encore amplifiés.Voilà pourquoi qu'il n'est pas seulement désirable d'amortir les mouvements des pales mais de prévoir Xgalement des butoirs élastiques (pas représentés) pour limiter les mouvements des pales autour des charnières de traînée 3 & Ainsi, un amortisseur élastique 50 est prévu entre chaque pale et le moyeu qui comprend un dispositif cylindre-piston hydraulique comme décrit dans le brevet américain no. 3.212.584 et la demande de brevet américaine no. 603,216 du 20 décembre 1966. Parce que la pale 20 peut se déplacer universellement par rapport au moyeu et à l'amortieseur 50, comme mentionné ci-dessus, la pale 20 doit titre reliée au moyen d'un joint universel 60 à l'amortisseur. Ce problème est compliqué davantage par le fait que le nombre des pales dans les hélicoptères modernes et les dispositifs de contrôle pour l'hélicoptère augmentent, ce qui réduit l'espace disponible dans le rotor d'hélicoptère à un minimum. Par cette raison, il est désirable que le joint universel 60 qui doit relier le moyeu du rotor d'hélicoptère 32 à 34 aux pales 20 de lthélico- tère par des amortisseurs élastiques 50 doit permettre une déviation angulaire maximale entre la pale et le moyeu en nécessitant un espace minimal et une charge admissible maximale.Parce que le joint universel 60 est utilisé de préférence dans un aéronef, cette construction, qui nécessite un espace minimal, fournit en méme temps l'avantage d'un poids minimal et d'une production minimale de remous en vol. Comme représenté le mieux dans la figure 3, l'amortisseur 50 comprend une douille 62 qui peut avoir un diamètre intérieur sphérique pour envelopper la partie sphérique 66 et pour permettre un mouvement relatif de la partie sphérique 66 dans la douille 62. Le diamètre intérieur de la douille 62 peut également étre cylindrique et comprendre un manchon 64 pressé dans la douille; dans ce cas, le manchon 64 comprend à son diamètre intérieur une surface sphérique. La projection 48 de la charnière de battement 40 a une goupille ou un pivot 68 à son extrémité, qui comprend un anneau de fixation ou un collet 70 coopérant avec l'écrou 72 pour retenir le pivot 68 dans la partie sphérique 66. Le joint universel 60 est mieux représenté dans la figure 4 qui sera maintenant décrite. La construction du joint selon la présente invention sera comparée avec un joint connu représenté dans la figure 5 pour mieux montrer les avantages du nouveau joint universel. Comme représenté dans la figure 4, la partie sphérique 66 a pour un diamètre extérieur prédéterminé '{D" une surface extérieure maximale pour un joint avec un espace nécessaire prédéterminé afin de permettre une charge maximale agrandie et une déviation angulaire maximale. La partie sphérique intérieure a un alésage cylindrique 74 qui s'étend d'une façon concentrique par la partie sphérique. Des fraisures cylindriques 78 et 80 concentri ques par rapport à l'alésage 74 sont prévues aux extrémités opposées de l'alésage 74 dans la partie sphérique 66.L'alésage 74 et les fraisures 78 et 80 sont concentriques par rapport à l'axe longitudinal 82 du joint universel 60 quand la partie sphérique 66 se trouve dans la position centrée représentée dans la figure 4. Quand le joint universel se trouve dans cette position, la partie sphérique 66 est également concentrique par rapport à l'axe transversal 84 et les fraisures 78 et 80 sont dans des espaces égaux à chaque caté de l'axe transversal 84. Le pivot 68, qui fait partie de la projection 48 de la charnière de battement 40, s'étend à travers de la partie sérique 66 et comprend une partie cylindriqte 86 avec un diamètre prédéterminé "d" pour qu 'il s 'adapte à 1 'alé - sage 74. La partie cylindrique 86 a la méme longueur "w" le long da l'axe longitudinal 82 commue l'alésage 74.A l'extrémité extérieure de la partie cylindrique 86 une partie de filetage 88 est prévue qui s'étend à travers de la fraisure 80 et gui comprend un diamètre plus petit que la fraisure 80 pour former un espace annulaire. Le pivot 68 comprend également un collet cylindrique 70 au cdtF opposé de la partie filetée 88 de la partie cylindrique 86. Ce collet 70 est également concentrique par rapport à l'axe 82 de la partie cylindrique 86 et de la partie filetée 88, pour qu'il puisse titre introduit dans la fraisure 78 et s'appuyer contre la surface 92 afin de prévenir un mouvement du pivot 68 vers la droite (figure 4) à travers de l'alésage 74 de la partie sphérique 66. L'écrou 72 est vissé sur la partie filetée 88 du pivot 68 et a une section essentiellement circulaire à son extrémité 94. L'ex trémité 94 de l'écrou s'étend dans la fraisure 80 et s'appuie contre la surface 86 de la fraisure 80 afin de prévenir un mouvement du pivot 68 vers la gauche (figure 4) à travers l'alésage 74 de la partie sphérique 66. La partie 97 de l'écrou 72 s'étend de la fraisure 80 et limite avec l'alésage 74 et les fraisures 78 et 80 la dimension complète ou la longueur "L" du joint universel le 1ag de l'axe 82. Ainsi, on peut voir que le collet 70 et l'écrou 72 maintiennent le pivot68 dans une position fixe par rapport à la partie sphérique intérieure 66. Il est évident à tous ceux versés dans la matière que d'autres moyens peuvent titre utilisés à cet effet, par exemple le collet 70 peut être remplacé par un écrou, et un collet peut titre utilisé au lieu de l'écrou 72. Parce que le pivot 68 ne tourne pas dans la partie sphérique 66, l'alésage 74 peut avoir une section quelconque par exemple rectangulaire ou triangulaire. L'alésage peut également avoir une forme conique.La douille ou l'anneau extérieur 64 enveloppe la partie sphérique 66 et comprend une surface intérieure 100, qui engage la surface extérieure de la partie sphérique 66, afin de permettre un mouvement universel de la partie sphérique 66 dans la douille. La douille 64 est concentrique autour de l'axe longitudinal 82 et symmétrique autour de l'axe radial 84 quand le joint est dans sa position centrée. Le diamètre extérieur nD" de la douille limite la dimension complète ou la largeur "wt du joint 60. La partie sphérique 66 doit pouvoir pivoter d'un angle prédéterminé tex" à l'intérieur de la douille 64 afin de permettre la déviation angulaire maximale nécessaire entre la pale et le moyeu 32 à 34.Par conséquent, il est essentiel que la partie sphérique 66 s'étend dans la position centrée d'une distance suffisante le long de l'axe 82 des deux cotés de la douille 64, afin de permettre cette déviation angulaire maximale nécessaire "X1. Afin de permettre une charge admissible maximale il est également essentiel, que la surface intérieure de la douille 64 enveloppe la surface extérieure de la partie sphérique 66 d'une façon maximale1 sans diminuer la déviation angulaire nécessaire et sans augmenter les dimensions du joint universel. Le joint universel selon la présente invention représenté dans la figure 4 a les avantages désirés par rapport aux joints universels connus, comme ils sont représentés par la figure 5. La comparaison suivante des figures 4 et 5 expliquera ces avantages. En regardant les figures 4 et 5 il ressort que les deux joints universels ont les mimes dimensions principales, parce que les longueurs "L" et les largeurs "'W" sont égales. Les diamètres "D" des parties sphériques et les diamatres "d" des pivots 68 sont aussi égaux. En outre, les constructions sont semblables parce que la partie sphérique s'étend des deux cotés de la douille d'une distance égale, afin de permettre la méme déviation angulaire "X" entre les parties raccordées par le joint.Avec ces dimensions et conditions d 'opération connues on verra que par la provision des fraisures 78 et-80 aux extrémités opposées de l'alésage 74 de la partie sphérique 66 représentée dans la figure 5, le collet de fixation 70 et la partie circulaire 94 de l'écrou peuvent- étre placés dans ces fraisures, de sorte que la dimension latérale'de la partie sphérique 66 le long de l'axe longitudinal 82 puisse s'étendre au-dessus du collet 70 et de la partie 94 pour produire une partie sphérique 66 avec une surface extérieure maximale pour agrandir la largeur NA" de la douille 64 (figure 5) à la largeur "At" de la figure 4.Cette augmentation de la largeur de la douille 64 produit également une augmentation du recouvrement radial entre la partie sphérique 66 et la douille 64 de la dimension "B" suivant la figure 5 à la dimension ZBP' suivant la figure 4. Par conséquent, toutes les surfaces coopérantes entre la partie sphérique et la douille du joint universel ont été augmentées de la construction suivant la figure S à la construction suivant la figure 4 ce qui a permis d'augmenter la charge admissible qui peut titre supportée par le joint, parce que la charge admissible du joint le long de l'axe latéral ou axial 84 est une fonction du diamètre "D" de la partie sphérique et de la largeur "A1 de la douille, et par conséquent, de la largeur des surfaces coopérantes pendant que la contrainte à la compression admissible du joint est une fonction du diamètre de la partie sphérique "D" et de la dimension radiale "B" des surfaces recouvrantes. Par conséquent, on peut voir que le joint universel selon la présente invention (figure 4) est un perfectionnement des joints universels connus (figure 5) parce qu'il a l'davantage de supporter une charge admissible agrandie dans la direction radiale et la direction axiale sans augmenter l'espace nécessaire, le diamètre de la partie sphérique "D" et le diamètre "d" du pivot du joint universel, et de permettre en méme temps la même déviation angulaire entre les parties raccordées.Le joint universel suivant l'invention avec une surface sphérique extérieure agrandie peut etre utilisé aussi pour agrandir la déviation angulaire admissible entre les parties raccordées sans agrandir les dimensions principales du joint, le diamètre de la partie sphérique ou la charge admissible du joint. Ceci est obtenu en utilisant une douille 64 avec la largeur de la figure 5 de sorte que la partie sphérique s'étende d'une plus grande distance des deux cotés de la douille pour augmenter la déviation angulaire maximale "X" entre les parties raccordées. Il est également possible d'agrandir en méme temps-la déviation angulaire maximale NXH et la charge maximale admissible du joint universel suivant la figure 5 en augmentant la largeur "A" de la douille suivant la figure 5 à une valeur prédéterminée et au-dessous de la largeur "2t" de la construction suivant la figure 4. Quand le joint universel 60 est utilisé dans un- rotor d'hélicoptère1 le pivot 68 est préférablement formé d'acier MIL S-5000, la partie sphérique 66 d'acier inoxidable 440c, l'écrou 70 d'acier MIL-S-5000 et la douille 64 d'acier inoxidable 410. Dans ce cas la douille 64 comprend un manchon en Rulon lié à la douille par du FM 1000-191. Il va de soi que de nombreuses modifications pourraient être apportées au mode de réalisation qui vient d'entre décrit sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Revendication Un joint universel ayant une partie sphérique intérieure et une douille montée sur la partie sphérique qui comprend un alésage pour recevoir une partie de raccordement qui est fixée dans l'alésage par des anneaux de fixation, caractérisé en ce qu'une fraisure est prévue à chaque extrémité de l'alésage, les fraisures ayant une profondeur appropriée pour recevoir les anneaux de fixation de la partie de raccordement pour que la partie sphérique reçoive une surface extérieure maximale pour une longueur prédéterminée de l'alésage.