Brevet FR2008277A1 — publié le 19700116

les rotors et arbres cylindriques ont un domaine d'application étendu dans l'ensemble de la technique, la vitesse périphérique admissible d'un rotor est déterminée par son type de construction et par la matière utilisée. Un rotor à 5 tambour simple, essentiellement constitué par un cylindre à paroi mince, absorbe l'ensemble des forces centrifuges, lors de la rotation, sous fome d'un système de contraintes tangentielles. Si, pour une vitesse de rotation trop élevée, ces contraintes tangentielles dépassent les contraintes ad-10 missibles pour la matière, le rotor commence par prendre du balourd par suite de déformations plastiques incontrôlables de la matière. Il se produit ensuite des dégâts permanents lorsqu'on atteint localement la limite de rupture. Outre le degré de sollicitation admis-15 sible de la matière, la densité de la matière utilisée joue un rôle pour l'obtention de vitesses périphériques plus élevées, les matières à limite d'élasticité élevée et à faible densité permettent, en effet, d'atteindre des vitesses périphériques plus élevées que de telles matières à densité plus élevée. Il est connu que les matières 20 plastiques renforcées par des fibres (par exemple les matières plas-» tiques renforcées avec des -fibres de verre) permettent des sollici® tations admissibles comparables à celles de l'acier ou du titane. Cependant, en raison de leur densité quatre fois plus faible, on peut, avec ces matières plastiques, atteindre des vitesses périphé® 25 riques plus élevées. Mais les rotors en matières plastiques renforcées par des fibres présentent des inconvénients sensibles qui, jusqu'à présent, n'ont permis leur mise en oeuvre qu'avec retard. le faible module d'élasticité des matières plastiques renfort 30 cées par des fibres fait que de tels rotors sont très élastiques ©a flexion et, de plus, sont exagérément dilatés au cours de la roia l'invention a pour but de constituer ma arbre ou un tambour dont la vitesse de rotation puisse être élevé© 35 en ne causant qu'une faible déformation. le tambour de l'invention est caracté= risé par un cylindre métallique et un cylindre en matière plastique disposés coaxialement, le cylindre en matière plastique étant assemblé avec le cylindre métallique. 40 On obtient ainsi un rotor dont la paroi 69 15107 2. 2008277 est constituée suc une partie de son épaisseur par un métal, par exemple par de l'acier, de l'aluminium ou du titane, et sur une partie de son épaisseur par une matière plastique renforcée par des fibres. Si on entraîne ce rotor à tambour à une vitesse de rotation modérée, 5 il se produit, dans le métal et dans la matière plastique, des contraintes et des déformations liées par une relation linéaire. En fonction de la valeur élevée du module E du métal, les contraintes s'élèvent, lors de l'augmentation de la vitesse de rotation, plus rapidement dans le cylindre métallique que dans la matière plastique 10 renforcée'par des fibres. Pour une vitesse de rotation déterminée, les sollicitations dans la partie métallique atteignent la limite d'élasticité. Lors d'une nouvelle augmentation de la vitesse de ro- . tation, le cylindre métallique intérieur se déforme plastiquement, tandis que le cylindre extérieur en matière plastique renforcée par 15 des fibres supporte des contraintes élastiques augmentées. On obtient ainsi un arbre ou un tambour dont la déformation est faible, même pour une vitesse périphérique élevée. Suivant une autre réalisation de l'invention, on assemble un cylindre métallique à s grande raideur avec 20 un cylindre sn matière plastique de plus faible raideur, le poids spécifique moyen de' 1'ensemble du cylindre étant ainsi plus faible que le poids? spécifique moyen d'un simple rotor métallique de même raideur. La description se rapporte à un exemple 25 de réalisation représenté aux dessins. - la figure 1 est une coupe longitudinale de l'arbre de l'invention, — la figure 2 est un schéma de la distri— d 30 le corps tournant comporte un élément de paroi 1 en métal et un élément de paroi 2 en matière plastique ren-foroée par des fibres® Sur la figure 2f sont représentées les con- st Los déformations uaidimensioimelles pour une matière métallique typique (courbe l) st poia1 une matière plastique typique 33 renforcée par des fibres de verra (courbe P)© La matière métallique^ par exemple l'acier fondu P doit présenter un comportement -plastique idéal5 La courbe 0~~ » présente un coude lox'squ8 on atteint la limite éle-3tiçm@ £t-"sê continue -n?„r -une horizontale. In raison du module d'élasticité pHxiit -faible, la courbe P a. une allure 40 essentiel,leœfmt plus aplati© au© le- ix=y^çcm. 5.© courfcs o— fï bad original 69 15107 3. 2008277 lorsque, comme il a été décrit, on amène tin rotor cylindrique à une vitesse de rotation n, il possède une vitesse angulaire U - "ïï~n . Les contraintes tangentielles qui se développent alors ^ sont égales à - / iz. LO1- 5 les dilatations dans le sens périphérique atteignent ^ . Si, à l'aide de ces équations simples, on examine à nouveau le processus, précédemment décrit, de l'accroissement de la vitesse de rotation, on voit que, en fonction du rapport t il se produit des contraintes de traction tangentiel-10 les différentes et, par suite, des extensions radiales différentes. Ces relations sont valables jusqu'à ce qu'on atteigne la limite d'élasticité dans le cylindre métallique intérieur© Il peut aussi arriver que le cylindre métallique subisse une extension radiale moins forte que l'élément 15 composé en matière plastique et fibres de verre. Il en résulte une séparation temporaire des deux cylindres. A partir d'une vitesse de rotation déterminée, on dépasse la limite d'élasticité dans le cylindre métallique intérieur» Les forces centrifuges plus importante^ développées par une vitesse de rotation plus élevée, doivent mainte-20 nant être absorbées par l'élément composé en matière plastique et fibres de verre. Il est évident que le cylindre métallique repose maintenant dans le cylindre en matière plastique. les déformations radiales et les extensions périphériques des deux cylindres sont désormais les mêmes* 25 Supposons qu'à une vitesse de rotation déterminée n^, il corresponde une extension périphérique d'ensemble éy* Sïïpposons, en outre, qu'à partir de cette vitesse de rotation, le cylindre composé soit déchargé, la relation entre les contraintes et les déformations dans le cylindre métallique est représentée par 30 la courbe M* (effet Bauschinger). Etant donné que l'élément composé en matière plastique est encore chargé dans le domaine élastique linéaire, la relation entre les extensions et les contraintes, lors de la diminution de la vitesse de rotation^ correspond au déplacement le long de la courbe ï1. Pour une vitesse de rotation nulle, il règne un 35 état de contrainte intrinsèque^ provoquant des contraintes de compression dans le cylindre métallique et des contraintes de traction dans le cylindre en matière plastique renforcé par des fibres.En fonction de l'épaisseur des deux cylindres et des paramètres caractérisant leurs matières, il subsiste une extension rémanente 69 15107 4.- 2008277 matière plastique peuvent atteindre ^ ^» ^-es eon"fcrairl'tes â-e compression correspondantes dans le cylindre métallique pouvant atteindre Lors d'une nouvelle mise en charge par 5 rotation du cylindre composé, les contraintes de traction dans la partie en matière plastique croissent à partir du point II suivant la courbe F. Les contraintes correspondantes dans la partie métallique croissent à partir du point III suivant la courbe M'. Dans le métal, il se développe d'abord des contraintes de compression, puis, 10 lorsque le processus continue, des contraintes de traction. Sous l'effet de la précontrainte, le rotor composé se comporte d'une façon essentiellement différente de celle de la première montée en vitesse. Dans le cas de l'élasticité comme dans le cas de la plasticité, l'extension radiale d'ensemble 15 est proportionnelle à l'extension tangentielle du cylindre, c'est-à-dire que, lors de la première mise en rotation, l'extension d'ensemble du cylindre composé est proportionnelle au segment 0 - £. Lors de la seconde mise en charge, à la même vitesse de rotation, l'extension radiale produite est proportionnelle au segment é. ^ 20 Le rotor composé^déformé plastiquement, se comporte donc exactement comme un rotor métallique ayant une limite d'élasticité plus élevée. Cependant, en raison de la densité d'ensemble plus faible du rotor, on peut atteindre des vitesses périphériques essentiellement plus élevées qu'avec- de simples rotors métal-25 liques. Il n'est pas obligatoire que 1'état de contrainte intrinsèque soit obtenu par rotation. Il est possible de provoquer le même état de contrainte intrinsèque par mise sous pression intérieure. Lorsqu'on a obtenu l'état de contrainte intrin-30 sèque dans le rotor composé, le rotor ainsi fabriqué est identique au rotor décrit plus haut de façon détaillée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres for-35 mes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 69 15107 5. 2008277 REVENDICATIONS 1.- Arbre ou tambour tournant, caractérisé par un cylindre métallique et un cylindre en matière plastique disposés coaxialement, le cylindre en matière plastique étant assem- 5 blé avec le cylindre métallique, ce qui permet d'atteindre des vitesses de rotation élevées^ sans risque de déformations permanentes et dangereuses. 2.- Arbre ou tambour tournant, suivant la revendication 1, caractérisé par un cylindre métallique de rai- 10 deur élevée^ assemblé avec un cylindre en matière plastique de plus faible raideur.