Brevet FR2567078A1 — publié le 19860110

Roue sans jante à rayons élastiquement deformables. La présente invention concerne une roue destinée notamment aux terrains meubles dont au moins la couche de surface pré- sente une certaine fluidité. Lorsqu'une roue à jante classique est mise en appui sur un tel terrain, la couche de surface flue et forme un bourrelet à la périphérie de la surface d'appui. Lorsque la roue utilisée en roue simplement porteuse subit sur son axe une poussée ou une traction tendant à la faire rouler, la force d'appui et la force horizontale donnent une composante dirigée obliquement vers lavant et vers le bas, le bourrelet avant se développe et il se produit un bourrage dit aussi enfournement. Ce phénomène est particulièrement notable dans les terrains sableux, boueux ou dans la neige et il aboutit à un accroissement important de la force propul- sive nécessaire, accroissement qui se traduit par un développement encore accru du bourrelet Ce phénomène est également sensible meme avec les roues motrices à sculptures de faible relief qui chassent devant elles une partie du volume corres- pondant à leur enfoncement. On a déjà proposé dans FR-A-2297144 ou GB-A-1292928 des roues comportant des rayons élastiquement déformables mais ces rayons sont, à leur extrêmité centrale, solidaires d'un moyw et, à leur extrêmité extérieure, solidaires d'une bande de roulement périphérique ou jante. Ces roues ne permettent pas d'éviter le phénomène de bourrage ou d'enfournement cidessus décrit. Pour éviter la formation du bourrelet, il faut que la roue exerce sur le sol, en tous ses points d'appui, une pression dirigée vers le bas et vers l'arrière. On a cherché à résoudre ce problème avec des roues dites à très basse pression avec lesquelles la surface d'appui sur le sol est accrue et la pression au sol réduite mais le bourrelet, de plus faible hauteur mais de plus grande largeur, n'en subsiste pas moins et ces roues ne donnent qu'une amélioration insuffisante. La roue conforme à l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte, régulièrement espacés angulairement autour du moyeu, des rayons constitués par des parois radiales libres à leur extrêmité périphérique et présentant une déformabilité élastique perpendiculairement à leur surface et une rigidité relative transversalement au plan de la roue. Lorsqu'une telle roue roule sur un sol, dur ou meuble, l'ex- trèmité libre d'une paroi radiale prend appui sur le sol en se recourbant vers l'avant et en créant une force portante fonction de son élasticité et de sa déformation, force portante à laquelle correspond une réaction sur le sol dirigée vers le bas et vers l'arrière. La déformation de l'ensemble des surfaces radiales au contact du sol donne une surface d'appui totale qui est fonction des caractéristiques de déformation des parois radiales et de la charge de la roue. L'enfon cement de la roue est déterminé par la résistance du sol et la charge de la roue. Dans les sols pour lesquels la résistance croIt avec la profondeur tels que les plages de sable, la déformation de la paroi s'accroît avec la profondeur et elle est maximale à l'aplomb du moyeu. Selon une première caractéristique d'un mode de réalisation préférentiel les rayons sont constitués par des parois ayant une épaisseur décroissante du moyeu vers l'extremité libre. L'épaisseur peut toutefois être constante ou varier selon une loi quelconque du fait par exemple de la présence de nervures transversales sur la surface d'appui pour accroître l'adhérence de la roue utilisée en roue motrice. Selon une seconde caractéristique préférentielle les rayons sont constitués par des parois ayant une largeur décroissante du moyeu vers l'extremité libre. La largeur peut toutefois être constante, variable ou meme croissante vers l'extrémité libre pour certaines applications particulières. Selon une autre caractéristique les rayons sont constitués par des parois ayant une longueur radiale et une caractéristiqu de déformabilité telles que, pour un certain degré de déòrma- tion, l'extrémité de la paroi déformée vient prendre appui contre la surface de la paroi située en aval. Selon une autre caractéristiquee la caractéristique de déformab de la paroi constituant le rayon est telle que la résistance à la flexion est minimale en un point situé à une certaine distance de l'extrémité de manière à créer une charnière séparant un patin terminal au moins semi-rigide deune partie centrale plus rigide. Selon une autre caractéristique la paroi comporte des éléments raidisseurs radiaux lui conférant ses caractéristiques de déformation élastique. Selon un mode de réalisation préférentiel les parois ont une extrènité en courbe symétrique notamment en secteur d'ellipse. L'ensemble de la roue constituée par les parois radiales et le moyeu peuvent être moulés en une seule pièce éventuellement avec un insert formant palier noyé dans le moyeu. I1 est également possible de réaliser la roue avec des rayons indépendants fixés de manière amovible ou non sur le moyeu. Le nombre de rayons peut être variable et il est compris en pratique entre un minimum de huit et un maximum de vingt quatre, mais il peut être beaucoup plus faible dans le cas de certaines applications où la force portane est faible comme dans le cas des roues à aubes ou plus élevé, par exemple jusqu'à quarante huit, dans le cas d'un sol à couche meuble très profonde. La roue conforme à l'invention est plus particulièrement conçue pour équiper des véhicules légers devant rouler sur des terrains meubles tels que les sables, la neige, les terrains marécageux et les rizières, etc... et notamment les chariots de plage pour planches à voile et embarcations légères. I1 s'est avéré toutefois que ladite roue présentait des caractéristiques intéressantes comme roue à aubes pour la propulsion des embarcations en raison de la réaction verticale exercée par l'eau sur les pales recourbées lorsque la roue tourne à vitesse élevée, ce qui permet d'assurer un déjaugeage. L'invention sera décrite plus en détail ci-après avec référence au dessin ci-annexé dans lequel La figure 1 est une vue en élévation latérale schématique d'un exemple de réalisation de la roue destinée à en expliquer le fonctionnement; la figure 2 en est une vue en élévation et demi coupe par II-II de fig 1, la figure 3 est une vue en élévation et demi-coupe partielle d'une roue constituée par des rayons amovibles selon un exemple de réalisation et la figure 4 en est une vue en demi-élévation et demi-coupe par I5J-IV de figure 3; la figure 5 est une vue en coupe schématique d'une variante de réalisa tion d'un rayon de la roue de la figure 3; et les figures 6a à 6c sont des vues schématiques illustrant la roue de l'invention utilisée comme roue à aubes propulsive pour une embarcation légère. Dans les figures 1 et 2 la roue est représentée sous forme d'une roue monobloc moulée en un élastomère tel que le caout chouc ou une matière plastique élastiquement déformable Elle comporte un moyeu 1 avec une portée 2 pour le passage de l'axe, des flasques latéraux 3 et des rayons 4 au nombre de seize sur l'exemple représenté. Ces rayons 4 sont constitués par des parois ayant un tracé périphérique en demi-ellipse avec le grand axe disposé radialement et une épaisseur décroissant du moyeu 1 vers la périphérie. Lorsque la roue roule dans le sens de la flèche F sur un terrain comportant une couche superficielle S très meuble, par exemple en sable sec ou légèrement humide, et une couche de fond D plus résistante, par exemple en sable tassé et mouillé, et notamment lorsqu'elle est entralnée par une traction exercée sur l'axe passant dans la portée 2 selon la direction de la flèche F, comme dans le cas d'une roue de chariot pour embarcation légère ou de char à voile, lgex- tremité du rayon 4a qui vient le premier en contact avec la couche- superficielle S se recourbe. ta courbure prise est fonction de la caractéristique de déformabilité élastique de la lame constituant le rayon et de la force portante de la couche S.Le sable meuble n'est pas refoulé en avant de la roue sous forme d'un bourrelet B se développant en avant de la jante comme illustré en traits mixtes pour une roue classique de diamètre équivalent mais il est tassé sous le rayon et derrière celui-ci comme indiqué en T. Lorsque la partie recourbée du rayon 4b arrive à la couche D ou progressivement du fait du tassage T de la couche S, la résistance à l'enfoncement opposée par le terrain s'accroît et la déformation croît progressivement comme illustré pour les rayons 4b à 4d. En fait la déformation de ces rayons est telle que la surface d'appui des extrèmités déformées multipliée par la force portante moyenne ou résistance à la compression de la couche 10 corresponde à la charge. On conçoit que si, par suite de la déformation, l'extrèmité du rayon par exemple 4d vient en appui contre la surface voisine du rayon 4c, la résistance élastique à la déformation du rayon 4d va se trouver accrue, ce qui peut contribuer à limiter l'enfoncement. La roue continuant à tourner les rayons tels que 4e reprennent progressivment leur forme initiale et rejettent en R le sable ou la matière meuble qui a été emprisonné et tassé entre les rayons. Dans le mode de réalisation des figures 3 et 4 la référence 10 désigne un moyeu tubulaire qui peut etre en métal léger ou en résine dure et 11 l'alésage du moyeu. Ce moyeu est solidaire d'un flasque latéral 12 à une de ses extrémités et présente un collet 13 à son autre extrémité. Sur le flasque 12 et parallèlement à l'axe sont prévues des broches 14 qui sont disposées par paires à raison d'une paire sur chaque rayon correspondant au plan moyen d'une pale formant un rayon (au nombre de douze dans l'exemple illustré). Certaines de ces broches 14a se prolongent au delà du plan terminal du moyeu 10 et leur extrêmité est filetée.Le moyeu est complété par une plaque formant flasque circulaire 15 qui s'emboîte sur le collet 13 et sur les extrêmités des broches 14, l'extremité des broches 14a qui déborde pouvant recevoir un écrou 16, ces écrous assurant la solidarisation et le blocage du moyeu. Les rayons sont constitués par un noyau de base 17 en secteur cylindrique, le développement du secteur correspondant à 3600/n, n étant le nombre de rayons. Dans le présent cas le développement du noyau de base est de 300. Chaque noyau 17 présente deux perçages 18 pour le passage des broches 14. L'épaisseur du noyau 17 correspond à l'écartement entre les flasques 12 et 15 dans le moyeu assemblé . A partir du noyau 17 s'étend radialement une plaque 19 qui constitue la pale du rayon proprement dit et qui a, comme les rayons 4,un tracé périphérique sensiblement en demiellipse avec une épaisseur décroissante. Dans le mode de réalisation des lames élastiques raidisseuses 20,20a sont noyées dans la masse moulée en élastomère cons-tituant la pale du rayon. La lame centrale 20 est plus longue que les deux lames latérales 20a et la partie des lames voisines du moyeu forme un S autour des perçages 18 pour transmettre directement le couple de flexion aux broches 14. Avec ce mode de réalisation les pales formant les rayons sont interchangeables en cas d'accident ou de modification de la charge nominale et on évite d'avoir à mouler en monobloc l'ensemble de la roue. De plus on peut sur un même moyeu monter un nombre de pales inférieur au nombre maximal prévu. En outre l'inclusion de lames élastiques raidisseuses permet, en modifiant le nombre et les caractéristiques desdites lames, d'avoir toute une gamme de caractéristiques de déformabilité des rayons moulés dans le meme moule avec le même matériau qui peut être choisi en fonction de ses caractéristiques de résistance à l'usure notamment à l'abrasion. Dans le mode de réalisation de la figure 58 le rayon 19 a une épaisseur et une largeur qui sont constantes. Les lames élastiques 20b sont limitées à la partie voisine du moyeu 17 et en ce point la paroi formant le rayon présente une épaisseur réduite en 21 pour former un patin terminal 22 qui est séparé de la partie centrale du rayon par la charnière que constitue la partie de faible épaisseur 21. La partie du patin qui vient en appui avec le sol est munie de nervures 23 qui améliorent l'accrochage dans le cas de roues motrices. Dans les figures 6a à 6c on a illustré l'utilisation de la roue conforme à l'invention comme roue à aube propulsive, la roue tournant dans le sens de la flèche F' pour assurer une propulsion dans le sens de la flèche P. A l'arrêt ou pour une faible vitesse de rotation et comme illustré dans la figure 6a la résistance hydrodynamique opposée aux pales est faible et les pales 4 restent planes. Lorsque la vitesse s'accroit (Fig 6b) la résistance hydrodynamique croit et les pales se courbent. La composante des réactions des pales sur l'eau est dirigée vers le haut et vers l'avant, la réaction r d'une pale étant sensiblement confondue avec la perpendiculaire à la corde sous tendant l'arc mouillé (Fig 6c), de sorte que l'embarcation commence à déjauger de la hauteur h. Lorsque la vitesse de rotation F' est élevée (Fig 6c) la composante verticale de la réaction devient importante et le déjaugeage atteint une valeur H. De telles roues à aubes sont particulièrement intéressantes pour les engins amphibies et autres embarcations appelées à évoluer dans les marécages. Revendications 1. Une roue destinée notamment aux terrains meubles, caractérisée en ce qu'elle comporte, régulièrement espacés angulairement autour du moyeu, des rayons constitués par des parois radiales (4) libres à leur extrèmité périphérique et présentant une déformabilité élastique perpendiculairement à leur surface et une rigidité relative transversalement au plan de la roue. 2. Une roue selon la revendication 1 caractérisée en ce que les rayons sont constitués par des parois (4) ayant une épaisseur décroissante du moyeu 1 vers l'extremité libre. 3. Une roue selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisée en ce que les rayons sont constitués par des parois (4) ayant une largeur décrbissante du moyeu (1) vers l'extrèmité libre. 4. Une roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que les rayons sont constitués par des parois (4) ayant une longueur radiale et une caractéristique de déformabilité telles que, pour un certain degré de dé forma- tion, l'extrèmité de la paroi déformée vient prendre appui contre la surface de la paroi située en aval. 5. Une roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la caractéristique de déformabilité de la paroi (19) formant le rayon est telle roue la résistance à la flexion est minimale en un point (21) situé à une certaine distance de l'extrémité libre de manière à créer une charnière séparant un patin terminal (22) d'une partie centrale plus rigide. 6. Une roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la paroi (4) comporte des éléments raidisseurs radiaux (20) lui conférant ses caractéristiques de déformation élastique. 7. Une roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les parois (4) ont une extrémité en courbe symétrique notamment en secteur d'ellipse. 8. Une roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les parois radiales (4) et le moyeu (1) sont moulés en une seule pièce en un élastomère moulable avec éventuellement un insert formant le palier (2) noyé dans le moyeu. 9. Une roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les parois radiales (4) sont moulées sous forme d'éléments unitaires (17-19) qui sont fixés de façon amovible (14-18) ou non sur le moyeu (10).