Brevet FR2576645A1 — publié le 19860801

La présente invention concerne un procédé pour la solidari- sation d'un élément (par exemple une bride, un manchon, une allonge tubulaire, un bâti, etc...) à l'extrémité d'un tube de matériau composite et le dispositif ainsi obtenu. Par "matériau composite", on désigne une matière constituée de fibres résistantes (verre, carbone, aramide, bore, etc...) disposées de façon organisée suivant des directions préférentielles et enrobées dans une résine ou un élastomère polymérisé. On sait que les tubes de matériau composite présentent, malgré leur faible poids, des caractéristiques mécaniques élevées, de sorte qu'ils sont de plus en plus utilisés en mécanique, par exemple comme tube de torsion ou comme arbre de transmission de puissance. Cependant, leur liaison ou leur encastrement à d'autres éléments soulève des difficultés, notamment dans la transmission des efforts. La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient et de permettre la réalisation d'une liaison de grande résistance mécanique entre un tube de matériau composite et un élément extérieur, qui peut ou non être réalisé en matériau composite. Elle permet done d'étendre le domaine d'utilisation de tels tubes. A cette fin, selon l'invention, le procédé pour la solidarisation d'un élément à l'extrémité d'un tube de matériau composite est remarquable, d'une part, en ce que, au moins à ladite extrémité, ledit tube présente une section annulaire et en ce que ledit élément comporte un évidement délimité entre deux parois cylindriques coaxiales espacées, la section annulaire dudit évidement correspondant à celle de ladite extrémité de façon que celle-ci puisse être 1 emmanchée avec un certain jeu dans ledit élément, et, d'autre part, en ce qu'un manchon intercalaire de liaison est inséré entre les parois dudit évidement et les faces interne et externe de l'extrémité dudit tube et solidarisé avec lesdites parois et lesdites faces. Ce manchon intercalaire présente l'épaisseur et le module d'élasticité appropriés à la liaison désirée. Il est, par exemple, constitué de fibres résistantes enrobées de résine ou d'élastomère polymérisable et l'orientation desdites fibres est ajustée pour obtenir, lorsque la liaison est terminée,une déformée angulaire progressive tout le long de l'encastrement. Ainsi, grace à l'emmanchement ainsi réalisé, les efforts entre ledit tube et ledit élément passent simultanément et progressivement par les deux faces (face intérieure et face extérieure) du tube, de sorte que l'on obtient de façon simple une liaison de grande résistance mécanique, homogène avec la capacité importante de transmission d'un couple de torsion par le tube. Pour accroître encore la capacité de cette liaison et lui donner un caractère redondant, nécessaire dans certaines applications, en particulier sur les arbres de transmission utilisés en aéronautique, ledit tube présente, au moins à son extrémité, une section annulaire dont les contours extérieur et intérieur présentent une interférence de formes, par exemple une ligne polygonale, et ledit élément comporte un évidement délimité entre deux parois prisma- tiques coaxiales espacées, la section annulaire dudit évidement correspondant à celle de ladite extrémité de façon à ce que celle-ci, munie de son manchon intercalaire, puisse être emmanchée dans ledit élément. 1 Ainsi, grâce à l'emmanchement à interférence ainsi réalisé sur les deux faces de formes polygonales de l'extrémité du tube, on obtient, pour transmettre un couple de torsion élevé, une liaison de sécurité sur laquelle la solidari- sation des éléments est réalisée à la fois par adhérisation des parois et par coincement mécanique des éléments mâles et femelles. Afin de faciliter la réalisation de l'assemblage selon l'invention, il est avantageux que ledit élément soit réalisé en deux pièces solidarisables, dont l'une comporte la paroi extérieure dudit évidement et l'autre la paroi intérieure de celui-ci, cette solidarisation pouvant être faite par emmanchement à force de deux pièces constituées ou bien être obtenue par un moyen de collage. Le dispositif selon l'invention, comportant au moins up tube de matériau composite et au moins un élément solidarisés l'un à l'autre de la façon décrite ci-dessus, peut être utilisé dans de nombreuses applications. Par exemple, il peut constituer un tube de torsion pour suspension de véhicule ou un arbre de transmission de puissance. Ledit élément est alors généralement une bride et il peut être prévu un tel élément à chacune des extrémités dudit tube. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre' comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 montre, en coupe axiale, un assemblage selon l'invention. 257664! 1 La figure 2 est une coupe radiale, selon la ligne II-II de la figure'1, de l'assemblage montré par cette figure 1. La figure 3 montre schématiquement, en coupe axiale, un autre assemblage selon l'invention en liaison avec la figure 4 qui illustre la variation de l'angle de torsion le long de l'encastrement et le long du tube dudit assemblage. La figure 5 montre un tube de torsion pour suspension de véhicule réalisé selon l'invention. Les figures 6 et 7 illustrent la mise en place du manchon intercalaire de transmission d'efforts. La figure 8 montre schématiquement une variante de réalisation de l'assemblage selon l'invention. -L'assemblage selon l'invention, montré par les figures 1 et 2, comporte un tube 1 de matériau composite et une bride devant être solidarisée de l'extrémité 1' dudit tube. Comme on peut le voir sur la figure 2, le tube 1, ou au moins son extrémité 1', présente une section annulaire dont les contours intérieur la et extérieur lb sont, dans l'exemple représenté, constitués chacun d'une ligne octogonale. Ladite bride se compose d'un moyeu 2 et d'un disque 3 - prolongé par une partie tubulaire 4, coaxiale et extérieure au moyeu 2. Le disque 3 est pourvu de trous 5 pour des moyens d'assem- 1 blage à une autre bride non représentée. Entre le moyeu 2 et la partie tubulaire 4 est ménagé un évidement 6, délimité entre une paroi prismatique intérieure 2a prévue sur la surface extérieure dudit moyeu et une paroi prismatique extérieure 4b prévue sur la surface intérieure de ladite partie tubulaire 4. Les parois prismatiques 2a.et 4b sont coaxiales et disposées de façon que la section annulaire dudit évidement 6 corresponde à la section annulaire de l'extrémité 1' du tube 1 et ménage un certain jeu par rapDort à celle-ci. Dans cet espace ménagé entre les faces intérieures et exterieures de l'extrémité du tube 1 et de l'évidement 6 dans la bride 2,3 est disposé un manchon intercalaire 7, adhérisé auxdites faces intérieures et extérieures, d'une part, de l'extrémité 1' du tube 1 et, d'autre part, de l'évidement 6 dans la bride 2,3. Ce manchon intercalaire, destiné à assurer une progressivité de la transmission mutuelle des efforts entre la bride 2,3 et le tube 1, est par exemple constitué d'un tronçon de gaine tressée en fibres résistantes enrobées de résine ou d'élastomère polymérisable, cette résine assurant après polymérisation la liaison avec la bride 2,3 et le tube 1. L'épaisseur et l'orientation des fibres du manchon intercalaire 7 sont ajustées pour régler la progressivité de la déformée angulaire de torsion tout le long de l'encastrement. Les figures 3 et 4 illustrent l'évolution de l'angle de torsion 8, qui est constant en fonction de l'abscisse x le long de l'axe X-X de l'assemblage, et varie progressivement le long de l'encastrement de l'extrémité 1' dans la bride 2,3. Une telle progressivité dans l'introduction des efforts permet de limiter les surcontraintes dues aux variations brutales de déformées à l'encastrement. Sur la figure 5, on a représenté un tube de torsion ou arbre de transmission de puissance selon l'invention, comportant un tube 1 de matériau composite pourvu de brides 21, 31 et 22,32 à ses deux extrémités 1'I et 1'2, de section polygonale (comme sur la figure 2). Pour obtenir le tube de torsion ou l'arbre de transmission de puissance de la figure 5, on commence par mettre en place, sur la paroi extérieure polygonale des deux extrémités libres du tube 1, un manchon 71 ou 72 de fibres résistantes, ayant par exemple la structure d'une tresse. Chaque manchon 71 et 72 est bloqué sur l'extrémité 1'1 ou 1'2 correspondante au moyen d'un collier de blocage 8, de manière à prolonger vers l'extérieur lesdites extrémités (voir la figure 6). Ensuite, chaque manchon 71 et 72 est imprégné de résine polymérisable et la partie desdits manchons saillant vers l'extérieur est rabattue à l'inté- rieur de l'extrémité 1'1 et 1'2 correspondante (voir la figure 7). - On emmanche alors les moyeux 21 et 22 des brides dans lesdites extrémités 1'1 et 1'2, de sorte que les fibres résistantes constituant les manchons 71 et 72 se tendent et que l'excédent de résine imprégnant ceux-ci est chassé. On Ète alors les colliers de serrage 8 et on enduit de résine les surfaces des pièces 21, 31 et 22, 32 destinées à venir en contact. Ensuite les disques 31 et 32 sont respectivement emmanchées sur les moyeux 21 et 22. On élimine l'excédent de résine et on polymérise l'ensemble. On comprendra aisément que la réalisation des brides en deux parties (moyeux 2,21,22 et disques 3,31,32) facilite, d'une part, la formation des surfaces prismatiques 2a et 4b, et, d'autre part, l'assemblage desdites brides sur les 1 extrémités du tube 1. Dans le cas o les brides sont constituées de matériau composite, elles peuvent être réalisées par enroulement et moulage. Il en est de même du tube 1 et de ses extrémités à section polygonale. Dans les modes de réalisation des figures 1,3 et 5, les parois prismatiques 2a et 4b ne s'étendent axialement que sur une partie des moyeux 2,21,22 ou des parties tubulaires 4, respectivement. Pour faciliter encore la réalisation des pièces 2 et 3-4, il peut être avantageux, comme illustré sur la figure 8, que lesdites parois prismatiques 2a et 4b s'étendent axialement sur la totalité desdites pièces. On prévoit alors une bague 9 pour boucher la partie de l'évidement 6, non obturée par l'extrémité 1' correspon- dante. REVENDICATIONS 1 1 - Procédé pour la solidarisation d'un élément (2,3) à l'extrémité (1') d'un tube (1) en matériau composite, caractérisé, d'une part, en ce que, au moins à ladite extrémité à (1'), ledit tube (1) présente une section annulaire et en ce que ledit élément (2,3) comporte un évidement (6) délimité entre deux parois cylindriques coaxiales espacées (2a,4b), la section annulaire dudit évidement (6) correspondant à celle de ladite extrémité, de façon à ce que celle-ci puisse être emmanchée avec jeu dans ledit évidement (6) etd'autre part,en ce qu'un manchon intercalaire (7) est inséré entre les parois dudit évidement (6) et les faces interne et externe de l'extrémité (1') dudit tube (1) et solidarisé avec lesdites parois et lesdites faces pour assurer la liaison entre ledit tube (1) et ledit élément (2,3). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon intercalaire (7) est constitué d'un tronçon de gaine tressée en fibres à haute résistance enrobée de résine ou d'élastomère polymérisable. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les contours intérieur et extérieur de la section annulaire de l'extrémité (1') du tube (1) sont conformés en lignes polygonales et en ce que l'évidement (6) ménagé dans l'élément (2,3) comporte deux parois prisma- tiques coaxiales, espacées, la section annulaire dudit évidement correspondant à celle de ladite extrémité, de façon àAce que celle-ci, munie de son manchon intercalaire, puisse être emmanchée dans ledit élément. 2576i 1 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit élément (2,3) est réalisé en deux pièces solidarisables dont l'une (3) comporte la paroi extérieure (4b) et l'autre (2) la paroi intérieure (2a), délimitant ledit évidement (6). - Dispositif comportant au moins un tube (1) en matériau composite et au moins un élément (2,3) solidarisés l'un de lVautre (1), caractérisé en ce que l'assemblage entre le tube (1) et l'élément (2,3) est réalisé conformément au procédé spécifié sous l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit élément (2,3) est une bride. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit tube (1) comporte un tel élément (2,3) à chacune de ses extrémités. 8 -Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il constitue un tube de torsion pour suspension de véhicule. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il constitue un arbre de transmission de puissance.