Brevet FR2576986A1 — publié le 19860808

L'invention se rapporte à un joint, notamment, un joint démontable, entre deux éléments, du type arbre ou tubulaires, faits de matières différentes, par exem- ple, l'un d'une matière plastique renforcée de fibre de verre ou de fibre de carbone et, l'autre d'acier, au moyen d'éléments de serrage, de brides, de vis, etc.. Une des conditions qu'on exige dans la techni- que automobile, aussi bien pour des raisons d'économie de poids et de réduction des vibrations 'et du bruit que pour des raisons d'économie de carburant, consiste, d'une part, à utiliser des arbres de transmission aussi légers et exempts de vibrations et de bruit que possible et, d'autre part, à assurer une transmission fiable de la for- ce motrice du moteur aux roues arrière par l'intermédiai- 1.5 re d'un différentiel. Les arbres de transmission qui sont habituelle- ment utilisés dans ce but sont composés de barres d'acier pleines ou encore de tubes d'acier. Avec un dimensionne- ment approprié, les arbres de ce type sont certes capa- bles de transmettre le couple du moteur aux roues arrière sans aucun incident. Toutefois, ils possèdent un poids propre relativement élevé et, en outre, dans certaines conditions de fonctionnement, ils se comportent fréquem- ment comme des résonateurs de vibrations et comme des gé- nérateurs de bruits. Pour éviter ces inconvénients et d'autres incon- vénients analogues, il est connu de fabriquer et d'utili- ser des arbres de transmission d'une seule pièce en mati- ère plastique renforcée de fibre. Bien que de tels arbres soient certes d'un poids spécifique inférieur à celui des arbres en acier et qu'ils aient également, dans une cer- taine mesure, un effet d'amortissement des vibrations et de réduction du bruit, de tels arbres trouvent leurs limi- tes naturelles dans la transmission des couples élevés. Face à cet état de fait, la présente invention s'est donné pour but de créer un joint simple et en outre démontable entre un arbre composé de matière plastique renforcée de fibre et un arbre en acier, qui soit capable d'appliquer et de transmettre de grands couples. L'arbre en acier peut être réalisé sous la forme d'une barre plei- ne ou encore d'un élément tubulaire, essentiellement pour tenir compte de raisons particulières de construction et de place disponible. Ce problème est essentiellement résolu par le fait que: - la collerette formée d'une seule pièce sur le tube réalisé en matière plastique renforcée de fibre est incliné sur l'axe longitudinal du corps tubulaire d'un an- gle ( d'une valeur définie, cependant que: - il existe entre l'angle(3 de la collerette et l'angle 0 d'enroulement des fibres la relation /3 détermine un enroulement des fibres de la collerette se- lon une ligne géodésique et, par conséquent, dépourvu de glissement, - sur le corps conjugué en acier ou équivalent, qui assure l'application de la force et qui peut être un tube, est formée d'une seule pièce une collerette munie d'un cône de centrage dont l'angle de pente correspond à l'angle (? de la collerette formée sur le tube en matière plastique renforcée de fibre. Dans une configuration rationnelle et qui est d'un effet avantageux, surtout dans le cas de la forma- tion de la collerette par enroulement, l'invention propo- se par ailleurs que la collerette du tube en matière plas- tique renforcée de fibre de verre s'amincisse radialement vers l'extérieur. Le principe selon la présente invention est ap- pliqué selon une autre configuration lorsque la colleret- te de l'élément conjugué, par exemple, du tube d'acier, est munie, sur sa face dirigée vers le tube en matière plastique renforcée de fibre, d'un prolongement cylindri- que destiné à centrer les deux éléments. Par ailleurs, on peut attribuer une valeur par- ticulière à l'utilisation du joint selon l'invention dans le cas d'un arbre de transmission de véhicules automobi- les combiné à un palier d'appui. Dans ce cas, l'invention prévoit d'agencer un palier d'appui connu en soi dans un intervalle fixe, ou variable dans la direction axiale du joint d'arbre, sur le côté qui est à l'opposé des colle- rettes composées de matière plastique renforcée de fibre de verre. Selon une autre forme d'application de ce prin- cipe de l'invention, l'invention prévoit que l'intervalle est réalisé avec une dimension constante, au moyen d'un assemblage non démontable, par exemple, d'un assemblage de ses éléments par soudage, emmanchement à force ou pro- cédé équivalent, chacun de ces éléments constituant une unité de construction avec les collerettes en acier. En variante, et selon une autre caractéristique de l'invention, l'intervalle peut également être réalisé avec une dimension variable, au moyen d'un joint démonta- ble, qui est essentiellement composé d'éléments pouvant coulisser télescopiquement l'un dans l'autre, qui portent des dentures longitudinales qui se correspondent mutuelle- ment et qui présentent des collerettes en acier sur leurs faces qui sont les plus éloignées du palier d'appui. La présente invention apporte une série d'avan- tages dont le plus important consiste en ce que le joint répond entièrement aux exigences de la technique de la propulsion des véhicules automobiles en faisant en sorte qu'au moyen de ce joint, d'une part, il soit possible de transmettre de grands couples tandis que, d'autre part, on évite les vibrations et/ou bruits d'une intensité indé- sirable. Un autre avantage consiste en outre dans la faci- lité de démontage ou de séparation du joint. Cet avantage présente une importance, surtout sous l'aspect de la com- modité de l'entretien, de la réparation et du remplace- ment. En outre, la configuration constructive particuli- ère des collerettes qui se correspondent mutuellement, a pour effet que ces collerettes se centrent automatique- ment l'une sur l'autre, de sorte que l'on évite d'emblée les déséquilibres. En outre, le choix d'un angle de pente /3 de la collerette, possédant une relation appropriée avec l'angle d'enroulement d, permet d'obtenir un enrou- lement facile, rapide, et par conséquent sans complica- tion, de l'élément du joint qui est composé de matière plastique renforcée de fibre, y compris de la collerette d'une seule pièce prévue sur cet élément. Ceci conduit à son tour à une utilisation optimale des propriétés inhé- rentes à la matière plastique renforcée de fibre. Sur le dessin, l'invention est illustrée à pro- pos de plusieurs exemples de réalisation ainsi que d'un exemple d'utilisation. Sur ce dessin, la figure 1 représente un joint réunissant un arbre tubulaire, en matière plastique renforcée de fibre et un élément conjugué de configuration correspondante, par exemple, un arbre en acier, avec indication de l'an- gle de pente de la collerette ainsi que de l'angle d'en- roulement; la figure 2 représente un joint selon la figure 1, avec représentation symbolique de la collerette, qui s'amincit radialement vers l'extérieur, de l'arbre tubu- laire en matière plastique renforcée de fibre; la figure 3 représente un joint selon la figure 1 mais dans lequel on utilise des vis de fixation dispo- sées parallèlement à l'axe longitudinal du tube; la figure 4 représente un joint selon la figure 1 mais avec un téton de centrage engagé dans l'arbre tubu- laire en matière plastique renforcée de fibre et prévu sur la collerette de l'élément conjugué, par exemple, d'un arbre en acier; la figure 5 représente un joint selon la figure 1 mais avec des vis de fixation disposées perpendiculaire- ment à l'axe longitudinal du tube et, finalement; la figure 6 représente l'utilisation de deux joints analogues à ceux de la figure 1 dans le cas d'un arbre de transmission pour véhicules automobiles, en com- binaison avec un palier d'appui. Sur la figure 1, un arbre tubulaire 1 composé de matière plastique renforcée de fibre est muni d'une collerette la. L'inclinaison de cette collerette sur l'axe longitudinal de l'arbre tubulaire 1 est désignée par l'angle (5. Entre cet angle /1 et l'angle d'enroule- ment o des fibres, on a adopté la relation /1 _ d pour permettre de réaliser l'enroulement de la collerette la sur une ligne géodésique et, par conséquent, dépourvu de glissement. L'arbre tubulaire 1 et la collerette la sont réalisés en une seule pièce, de même que l'élément conju- gué en acier ou équivalent, par exemple, constitué par un arbre tubulaire 2 muni d'une collerette 2a. La pente cor- respondant à l'angle 3 de la collerette 1 ou, plus préci- sément, le cône qui résulte de cet angle, se comporte com- me un élément auto-centreur par rapport à la collerette lao La réunion des deux collerettes la, 2a s'effectue, d'une façon connue en soi, au moyen d'un certain nombre de vis 3 et de rondelles 4, qui sont réparties sur la cir- conférence; les vis 3 qui, dans l'exemple considéré, sont disposées perpendiculairement à l'angle d'inclinai- son f de la collerette, sont fixées dans des filetages 2b de la collerette 2a qui sont disposés de la même fa- çon. Le joint selon la figure 2 est identique à ce- lui de la figure 1, y compris les signes de référence; la figure 2 se distingue cependant de ce qui a été repré- senté sur la figure 1 par le fait que la collerette la s'amincit radialement vers l'extérieur - ce qui est indi- qué en traits mixtes et désigné par lb - ce qui se tra- duit par un enroulement plus facile. La forme de réalisation du joint représentée sur la figure 3 correspond également, par son principe, à celui de la figure 1. Toutefois, l'assemblage des deux collerettes la, 2a est assuré au moyen d'une série de vis 3 et d'écrous 5 répartis sur la circonférence et dont les axes s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal des éléments 1, 2, qui sont constitués, par exemple, par des arbres tubulaires. A la différence de la forme de réalisation se- lon la figure 1, sur la figure 4, la collerette 2a de l'élément 2, qui présente ici la configuration d'un arbre tubulaire, est munie d'un téton cylindrique 2c qui contri- bue au centrage des deux éléments 1, 2. En cas de besoin, la périphérie extérieure de ce téton peut être munie d'un moletage ou équivalent, de manière à réaliser une liaison encore plus intime entre les deux éléments 1, 2. La forme de réalisation représentée sur la figu- re 5 correspond également en principe à celle représentée sur la figure 1. Toutefois, dans la proposition de solu- tion selon la figure 5, les vis d'assemblage 3 réparties sur la circonférence sont vissées dans la collerette 2a perpendiculairement à l'axe longitudinal des éléments 1, 2. Pour l'adaptation à la pente de la collerette la de l'arbre tubulaire 1 et afin de permettre de visser les vis 3 perpendiculairement à l'axe longitudinal de l'arbre tubulaire 1, il est prévu un anneau 6, éventuellement di- visé, dont la face annulaire dirigée vers la collerette la présente le même angle d'inclinaison ( que la colle- rette elle-même. Dans la proposition de solution selon la figure 6, on a représenté, d'une façon qui correspond au mode de construction déjà décrit précédemment, deux assemblages symétriques l'un de l'autre. Dans ce cas, l'élément 2d, qui présente un ajustement correspondant et qui est plus petit en diamètre, est emmanché dans l'élément 1, qui est plus grand en diamètre, de sorte que les deux éléments peuvent être assembles par une liaison non démontable, par exemple, par soudage, emmanchement à force ou équiva- lent. La paroi latérale de l'élément 2 sert ici en même temps de portée pour un palier d'appui 7, connu en soi. En remplacement d'un assemblage non démontable entre les éléments 1, 2c selon la figure 4, on peut également utili- ser un mode démontable de ce genre. L'assemblage s'effec- tue alors-à la façon d'une denture ou cannelure longitudi- nale à coulissement télescopique (non représentée). En appliquant l'invention proposée ci-dessus, on peut naturellement réaliser éqalement des assemblages d'un type différent des assemblages à vis et écrous. C'est ainsi que, par exemple les deux moitiés du joint peuvent être assemblées l'une à l'autre au moyen d'une ba- gue chapeau commune à ces deux éléments, d'écrous ou équi- valents. Ceci apporte du reste un avantage supplémentaire consistant en ce que, en particulier, la collerette ren- forcée de fibres n'est pas exposée aux détériorations mé- caniques. LISTE DES REFERENCES 1. Elément, par exemple, arbre tubulaire la Collerette lb Amincissement de la collerette 2 Elément, par exemple, arbre tubulaire 2a Collerette 2b Trou fileté 2c Téton cylindrique 2d Element, par exemple, arbre tubulaire 3 Vis 4 Rondelle Ecrou 6 Anneau, éventuellement divisé 6a Surface annulaire 7 Palier d'appui R E VE ND I C AT I O N S 1 - Joint, notamment joint démontable, réunis- sant deux éléments du type arbre ou deux.éléments tubulai- res, formés- de matériaux différents, par exemple, de ma- tière plastique renforcée de fibre de verre ou de fibre de carbone pour l'un et d'acier pour l'autre, au moyen d'éléments de serrage, de collerettes, de vis, etc., ca- ractérisé en ce que - - la collerette (la) formée d'une seule pièce sur le tube (1) en matière plastique renforcée de fibre est inclinée sur l'axe longitudinal du corps tubulaire d'un angle f d'une valeur définie, cependant que: il existe entre l'angle /n de la collerette et l'angle D d'enroulement des fibres la relation / le tube (1) en matière plastique renforcée de fibre. 2 - Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que la collerette (la) du tube (1) réalisé en mati- ère plastique renforcée de fibre, s'amincit radialement vers l'extérieur (lb). 3 - Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce que la collerette (2a) de l'élément conjugué, par exemple, du tube d'acier (2) est munie, sur sa face qui est dirigée vers le tube (1) composé de matière plastique renforcée de fibre d'un téton cylindrique (2c) qui sert pour le centrage des deux éléments (1, 2). 4 - Utilisation d'un joint selon les revendica- tions 1 et 2 dans un arbre de transmission pour véhicules automobiles, en combinaison avec un palier d'appui, carac- térisée en ce qu'un palier d'appui (7) connu en soi est disposé dans l'intervalle, fixe ou variable dans la direc- tion axiale du joint d'arbre, sur le côté qui est à l'op- posé de la collerette (la) en matière plastique renforcée de fibre. - Utilisation d'un joint selon la revendica- tion 4, caractérisée en ce que l'intervalle de grandeur constante est réalisé au moyen d'un assemblage non démon- table, par exemple, par soudage, emmanchement à force ou équivalent, des éléments (1, 2) dont chacun forme une uni- té d'un seul tenant avec sa collerette en acier (1, 2d). - 6 - Utilisation d'un joint selon la revendica- tion 4, caractérisée en ce que l'intervalle de grandeur variable est réalisé au moyen d'un joint démontable qui est essentiellement composé d&sléments (2, 2d) qui peu- vent s'emmancher télescopiquement l'un dans l'autre, qui portent des dentures longitudinales se correspondant mu- tuellement et qui présentent des collerettes en acier (2a), chacun sur son côté situé à l'opposé du palier d'ap- pui (7).