Brevet FR2531158A1 — publié le 19840203

"Arbre soumis à la torsion, notamment arbre de transmission ". L'invention a pour objet un arbre soumis à la torsion, notamment un arbre de transmission, constitué par un corps creux au moins partiellement, avec une partie cylindrique. On connaît d'après le document DE-OS 29 46 530, un arbre agencé en tant qu'arbre de transmission soumis à la torsion et réalisé sous forme de tube composite renforcé par des fibres, les fibres étant enroulées aux extrémités du ro- tor, respectivement autour d'une pièce de raccord métallique. La transmission des efforts de torsion est assurée dans ce cas au moyen du frottement et des forces d'adhérence d'un adhésif entre la partie tubulaire renforcée par des fibres et la pièce de raccord métallique. En cas de dilatations thermiques différentes ainsi qu'en cas de charges alternées, un tel assemblage est cependant incertain Pour augmenter le coefficient de sécurité, la surface latérale extérieure de la pièce de raccord du dispo- sitif connu, comportant l'enroulement, est munie d'un filetage. Cependant, pour obtenir un avantage à-cet égard, il faut appor- ter un soin extrême lors de l'enroulement ou de l'enveloppement du filetage, le filetage n'apportant en tout cas aucune&modifi- cation à l'assemblage parfrottement qui est assuré uniquement par liaison de force. L'invention a pour but de créer un arbre de trar;smission du type indiqué dans le préambule, qui soit de fa- brication simple et qui garantisse une liaison sûre et durable avec des éléments d'accouplement. L'invention concerne à cet effet un arbre du type ci-dessus caractérisé en ce qu'une partie d'assemblage creuse se raccorde à au moins une extrémité de la partie cylindrique, la section intérieure et,le cas échéant extérieure, de cette partie d'assemblage étant polygonale ou sensiblement elliptique. Au moyen de la section sensiblement elliptique ou polygonale, on réalise une liaison exclusivement par la forme entre l'arbre et un élément d'accouplement Cela garantit une -2.- transmission sure des efforts de torsion sans risque de relâ- chement d'un adhésif ou d'une matière similaire, comme dans le dispositif suivant l'état de la technique En outre, on n'a pas alors besoin d'autres organes de fixation tels que vis ou organes similaires, dont les perçages de traversée provoque- raient un affaiblissement de la résistance des extrémités de l'arbre. Un tel arbre peut en outre être fabriqué par des techniques de fabrication très simples et avec la matière 0 o que l'on désire, la partie cylindrique pouvant être réalisée creuse ou pleine Etant donné que l'accouplement ne fait appel qu'à un petit nombre d'éléments de construction simples et que l'on peut choisir librement la matière, l'arbre conforme à l'invention convient notamment pour la construction aéronauti- que et la technique spatiale. Suivant un mode de réalisation de l'invention, la partie cylindrique peut, au moins à une extrémité, s'élargir en se raccordant à la partie d'assemblage creuse par une partie de transition conique ou sensiblement conique. La section dont la forme va en s'élargissant favorise, au point de vue de la construction et de la technique de fabrication, la conformation de la zone d'introduction des forces en vue de l'obtention d'une bonne résistance mécanique (statique et dyniam-que) ou d'une rigidité suffisante à la flexion pour éviter les vibrations de l'arbre. En outre, l'élargissement crée un volume qui donne accès au domaine intérieur de la partie d'assemblage pour effectuer le montage On peut alors prévoir des perçages de traversée dans la partie de transition qui est renforcée en conséquence. Pour la fabrication de l'arbre, une matière ap- propriée est constituée, notamment, par une matière plastique renforcée par des fibres, de préférence par des fibres de carbone Il est alors avantageux que l'arbre soit enroulé en une seule pièce, des bandes de tissu pouvant, le cas échéant, être disposées en plus des fibres dans les parties d'extrémité _ 3 2531158 de l'arbre en tant que renforcements supplémentaires Dans ce cas, la section annulaire de la partie d'assemblage présente la même forme polygonale à l'intérieur et à l'extérieur. Pour assurer une protection contre les solli- citations mécaniques extérieures il est en outre prévu d'en- tourer la surface extérieure et le cas échéant, la -surface inté- rieure de l'arbre par une fine couche de fibres de verre ou de fibres d'aramide Il est alors avantageux que la couche de fibres de protection de la surface intérieure de l'arbre soit disposée avant l'enroulement du tube porteur de la charge et que la couche extérieure soit disposée après cet enroulement. On obtient ainsi-une compression contrôlée du stratifié tubu- -laire. Suivant un mode de réalisation très simple au point de vue de la technique de fabrication, une bride de rac- cordement est collée dans la cavité de la partie d'assemblage. Dans le cas des arbres en matière renforcée par des fibres, la '. bride de raccordement peut être entourée dans l'enroulement et être ainsi directement assemblée avec l'arbre. Par la forme géométrique de l'arbre associée avec un arbre et une bride de raccordement en matière plastique, on crée un arbre qui, avec la masse la plus faible possible,- garantit la rigidité en torsion requise entre deux points comp- te tenu de la puissance à transmettre Avec l'asaemblagr Bar collage entre la bride de raccordement et l'arbre creux, on peut aussi transmettre des forces de valeur limitée dans la di- rection de l'axe de l'arbre La bride de raccordement peut être réalisée en métal. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins-annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: la fig 1 représente en perspective un premier exemple de réalisation; la fig 2 est une vue en perspective d'une par- tie d'assemblage suivant un autre exemple de réalisation. -4- La fig 1 représente un arbre de transmission comprenait une partie médiane Cylindrique 11 dont les ex- trémités se raccordent respective Ent à une partie d'assembla- ge creuse et elliptique 13 par une partie de transition coni- que 12 La section de la partie d'assemblage peut prendre une forme quelcorxue différente de celle d'un cercle, par exemple la forme d'un quadrilatère, d'un Rectangle ou d'un polygone. La fig 2 représente une partie d'assemblage 13 présentant intérieurement une section octogonale et se raccor- i O dant directement à la partie cylindrique 11 '. L'arbre 10 est réalisé en matière composite ren- forcée par des fibres L'arbre creux 10 est alors formé par enroulement'en une seule pièce sur un mandrin démontable, non représenté, des nappes de fibres ou des tissus de fibres pouvant être disposés en supplément dans les zones d'extrémité 12 et 13 pour assurer un renforcement Des fibres appropriées sont cons- tituées par les fibres de carbone, les fibres d'aramide et les fibres de verre. Après l'enroulement de l'arbre 10 et l'enlèvement du mandrin d'enroulement, une bride de raccordement 14 en métal ou en matière plastique est collée dans la cavité 15 de la par- tie elliptique 13 La forme de section elliptique ou polygonale des parties d'assemblage 13, 13 ' permet l'introduction de pièces d'extrémité pour des liaisons d'arbres quelconques telles que des joints de cardan ou des liaisons à cannelures pour garantir une compensation de longueur axiale. Dans le cas des arbres 10 renforcés par des fi- bres, la bride de raccordement 14 peut être liée directement par enroulement sur son pourtour lors du processus d'enroulement. Ainsi, il n'est pas nécessaire de prévoir un collage distinct. Dans les applications, par exemple dans les aéronefs, la bride de raccordement 14 peut être réalisée en ma- tière plastique pour donner à l'arbre de transmission 10 la masse la plus faible possible La bride de raccordement 14 peut être agencée suivant les besoins, des formes différentes pouvant - être utilisées aux deux extrémités de l'arbre 10 Suivant le domaine d'application, l'arbre de transmission peut aussi n'ê- tre équipé que d'une seule pièce d'assemblage creuse 13 Des perçages oblongs 16 pratiqués dans la partie de transition conique 12 permettent l'introduction d'outils pour le môntage de l'arbre sur un dispositif d'entraînement. -6- REVENDICA Ti ONS. 1 ) Arbre soumis à la torsion, constitué par un corps, creux au moins partiellement, avec une partie cylin- drique ( 11), caractérisé en ce qu'une partie d'assemblage creuse ( 13) se raccorde à au moins une extrémité de la partie cylindrique ( 11), la section intérieure,et le cas échéant, extérieure de cette purtie d'assemblage étant polygonale ou sensiblement elliptique. 2 ) Arbre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie cylindrique ( 11) s'élargit, au moins à une extrémité, en se raccordant à la partie d'assemblage creuse ( 13) par une partie de transition ( 12) conique ou sensiblement coni- que. 3 ) Arbre selon l'une ou l'autre des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que l'arbre ( 10) est constitué en matière composite renforcée par des fibres. ) Arbre selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie cylindrique ( 11) est constituée, conjointe- ment avec les parties d'extrémité ( 12,13), par plusieurs couches de fibres enroulées en une seule opération. ) Arbre selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que l'arbre ( 10) est entouré sur sa surface extérieure et le cas échéant sur sa surface intérieure par une couche de fibres de verre ou de fibres d'aramide. 6 ) Arbre selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie d'extrémité ( 12,13) de l'arbre ( 10) com- porte des nappes de fibres ou des tissus de fibres entre les couches de fibres enroulées. 7 ) Arbre selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce qu'une bride de raccordement ( 14) est collée ou entourée par enroulement dans la cavité de la partie d'assemblage ( 13).