Brevet FR2624221A1 — publié le 19890609

L'invention concerne un dispositif d'assemblage par cottllage entre un moyeu ou un bout d'arbre d'une part et une pièce tubulaire ou un arbre creux enfilé sur lui d'autre part, la pièce tubulaire ou l'arbre creux étant formé en particulier de matériau composite renforcé par des fibres et le moyeu ou le bout d'arbre présentant des éléments de centrage axialement espacés l'un de l'autre, qui s'appliquent sur tout le pourtour contre la paroi interne de la pièce tubulaire ou de l'arbre creux et renferment entre eux un volume de colle. L'invention concerne également un procédé pour réaliser un assemblage collé à l'aide d'un tel dispo- sitif. Surtout avec les matériaux excluant les assemblages soudés, le collage s'est révélé depuis un certain temps comme un mode de liaison préféré qui est supérieur, tant économiquement que pour des motifs de solidité, à un assemblage par sûreté de forme, par exemple au moyen de cannelures longitudinales ou par enfilage de rivets. Un tel collage n'est pas limité aux arbres en matériaux composites renforcés par des fibres, mais est également applicable valablement à des métaux légers et des matériaux semblables. Par le document DE 33 37 364 C 2, on connaît un dispositif avec un corps de moyeu dans lequel sont ménagées des rainures longitudinales, dans lesquelles on introduit de la colle sous pression. Selon les documents publiés GB 76 06 24 et GB 77 03 33, on prévoit une ou plusieurs rainures hélicoidales dans un corps de moyeu, à travers desquelles on introduit également de la colle sous pression. Ces deux solutions ont des inconvénients essentiellement concordants et qui proviennent de ce que la colle doit parcourir de longs trajets dans des rainures dont la section droite reste la même, ce qui exige une pression de plus en plus élevée en raison de l'adhérence à la paroi et du frottement interne de la colle. Les limites d'une telle introduction sont déterminées par la solidité de la pièce tubulaire et elles peuvent facilement être atteintes avant que les rainures ne soient remplies complètement. Dans tous les cas, le remplissage des longues rainures demande beaucoup de temps et, s'il y a plusieurs rainures, l'amenée de la coLLe surtout devient problématique. Enfin, comme la coLLe sort de façon invisible à l'intérieur du tube, le remplissage complet ne peut pas être vérifié sur chaque joint individuel, mais peut seulement être déterminé empiriquement, avec le risque - sui- vant des conditions marginales qui changent facilement - d'un remplissage incomplet ou d'une sortie de colle excédentaire entrai- nant ensuite des phénomènes de balourd. Du fait que les rainures ou stries doivent être séparées par des nervures qui servent en même temps au guidage et au centrage, une partie de la surface interne disponible du tube est perdue pour l'assemblage collé; il en découle en même temps l'inconvénient que l'application des efforts à la pièce tubulaire n'est pas homogène. Enfin, on est obligé de constater que la fabrication mécanique d'un moyeu selon l'état décrit ci-dessus de la technique est très onéreuse. Par le modèle d'utilité japonais 62-50316 (1987), mis à l'Inspection Publique, on connaît un dispositif du type mentionné au début et dans lequel deux éléments de centrage sont prévus sur un bout d'arbre, avec entre eux un segment de bout d'arbre de plus faible diamètre. Lorsqu'une pièce tubulaire est glissée sur ce bout d'arbre, il se forme ainsi une cavité de forme cylindrique et de section annulaire pour la réception de colle; celle-ci peut seule- ment être introduite lorsque les pièces ne sont pas encore emboitées complètement l'une dans l'autre. L'introduction de la colle ne peut se faire qu'en position verticale et avec perte de colle. Quand les pièces sont finalement emboîtées complètement l'une dans l'autre, il peut se produire des inclusions d'air. Le but de l'invention est de procurer un dispositif du type mentionné au début, qui soit de construction simple, permette de réaliser l'assemblage collé rapidement, plus facilement, surtout indépendamment de l'orientation des pièces, avec une meilleure précision et avec une plus faible perte de colle, et qui établisse, une fois le joint collé fini, des conditions favorables quant à l'application des efforts à la pièce tubulaire. A cet effet, selon l'invention, le moyeu ou Le bout d'arbre -présente, entre les éléments de centrage, un segment conique qui délimite avec la paroi interne de La pièce tubulaire ou de L'arbre creux, une fente annulaire qui s'agrandit progressi- vement en direction axiale, et cette fente communique avec l'envi- ronnement par deux orifices de liaison situés diamétralement l'un en face de l'autre à l'extrémité radialement réduite de la fente annulaire, dont l'un sert à l'introduction de colle et l'autre à la purge de l'air, la largeur de la fente, dans le sens radial, déter- minant la résistance à l'écoulement rencontrée par la colle, introduite sous pression, et par suite son allure d'écoulement symétrique, produisant l'expulsion complète de l'air contenu dans la fente. L'introduction de la colle peut ainsi être améliorée considérablement. L'opération se déroule comme décrit ci-après. La colle est introduite sous pression à travers l'un des orifices de liaison, se trouvant à l'extrémité effilée de la cavité, ayant en coupe longitudinale une forme en coin. A partir de cet orifice, la colle avance principalement en direction axiale dans la fente en forme de coin - s'élargissant progressivement - entre la paroi interne du tube et le moyeu, jusqu'à ce qu'elle arrive à l'élément de centrage opposé, formant en même temps la limite de l'espace annulaire à remplir de colle. Dès le remplissage complet de la bande de la fente se remplissant en premier, parce que la résis- tance par frottement y est la plus faible, la colle s'écoule sui- vant les deux directions dans l'espace annulaire, en descendant entre la paroi interne du tube et le moyeu, la vitese d'écoulement étant la plus élevée, en raison de la forme de la fente, sur le collet de centrage opposé à l'orifice d'introduction. Le résultat est que la partie diamétralement opposée de la fente annulaire, située du c6té opposé à l'orifice d'introduction, est remplie d'abord à son extrémité plus large et que son remplissage progresse ensuite lentement jusqu'à l'extrémité plus mince, de sorte que la - colle occupe finalement tout le voLume de l'espace annulaire. Dès que de la colle sort par l'orifice de purge d'air diamétralement opposé à l'orifice d'introduction, on peut considérer qu'il n'y a plus d'inclusions d'air dans la zone de collage. Les deux orifices peuvent être fermés par des bouchons pour empêcher la sortie de colle après l'opération de remplissage. Le joint ainsi réalisé est remarquable par le fait que -de la colle adhère à toute la surface cylindrique interne de la pièce tubulaire, dans la zone d'assemblage, de sorte que l'application des efforts - qui est critique surtout s'il s'agit d'arbres en matériau composite renforcé par des fibres - est particulièrement favorable. Pour ce qui concerne l'attache au bout d'arbre ou au moyeu, lesquels sont généralement en métal et sur lesquels règnent d'autres conditions d'adhérence, une liaison ininterrompue et de grande surface est établie de la même façon. La surface conique sur le moyeu ou le bout d'arbre est réalisable de manière relativement simple, mécaniquement, par une reprise au tour. Selon un mode de réalisation préféré, l'élément de centrage situé à l'extrémité du tube, est suivi par un collet de plus grand diamètre, contre lequel peut venir buter l'extrémité du tube, de sorte que la profondeur d'emboîtement peut être contrôlée sans problèmes et que, en même temps, le joint est mieux en mesure d'encaisser des poussées axiales. Selon une première exécution préférée, les orifices de liaison comprennent des rainures transversales ou des perçages radiaux situés dans le segment conique et qui communiquent avec des perçages axiaux dans le moyeu ou le bout d'arbre. Une telle dispo- sition permet l'utilisation avantageuse de raccords de remplissage ou de bouchons, montés à l'aide de taraudages pratiqués dans les orifices. Selon une variante de réalisation permettant une construc- tion plus simple, on perce simplement des trous radiaux opposés dans la pièce tubulaire et dans lesquels on peut également visser, coller ou fixer d'une autre manière des raccords ou des bouchons. L'agencement mentionné en dernier des orifices de liaison est utilisable aussi lorsque plusieurs dispositifs semblables, séparés par des collets de centrage, sont prévus l'un après l'autre sur le moyeu ou le bout d'arbre, par exemple au cas o une zone d'assemblage particulièrement longue est nécessaire et La fluidité de la colle ne permet pas un remplissage à travers une seule fente annulaire de forme en coin en coupe longitudinale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale d'un dispositif selon l'invention avec un premier agencement des orifices; - la figure 2 est une coupe transversale prise suivant les flèches du dispositif selon la figure 1; - la figure 3 est une coupe axiale semblable à celle de la figure 1, mais montrant un second agencement des orifices; et - la figure 4 est une vue en perspective d'un dispositif semblable à celui de la figure 1 et dans lequel on peut voir diffé- rents stades de remplissage de l'espace annulaire par la colle. Les figures 1 et 2 montrent un moyeu 1, composé d'une partie en tulipe, d'un bout d'arbre et d'un corps de moyeu, qui a été emboîté dans une pièce tubulaire 3 jusqu'à une position de butée définie par l'application d'un collet 4 du moyeu 1 contre la pièce tubulaire. Le moyeu 1 présente une première portion ou premier élément de centrage 5 et une seconde portion ou second élé- ment de centrage 6 qui sont appliqués avec précontrainte et de façon étanche contre la paroi interne de la pièce tubulaire 3. Les éléments de centrage 5 et 6 sont axialement séparés l'un de l'autre par un segment conique 2 qui délimite, ensemble avec la paroi interne de la pièce tubulaire, un espace annulaire 11 ayant en coupe longitudinale la forme d'un coin. En vue de son remplissage avec de la colle, cet espace ou fente annulaire 11 communique avec l'environnement par un orifice axial de remplissage 7 et une nervure transversale 9, tandis que l'air contenu dans l'espace 11 peut s'en échapper à travers un orifice axial de purge 8. qui est situé diamétralement à l'opposé de l'orifice de remplissage 7, ainsi qu'à travers une rainure transversale 10. La figure 3 représente un dispositif semblable à celui des figures 1 et 2 mais sur lequel les orifices sont disposés diffé- remment. La communication de l'espace annulaire 11 avec l'environ- nement est établie, dans ce cas, pour le remplissage et la purge d'air, par un perçage radial de remplissage 12 et un perçage radial de purge 13, pratiqués tous deux dans la pièce tubulaire 3 et situés de nouveau diamétralement l'un à l'opposé de l'autre. La figure 4 montre également un dispositif semblable à celui de la figure 1 et utilise les mêmes références pour des parties analogues. Un bout d'arbre 14 faisant suite au moyeu 1 proprement dit est constitué dans cet exemple par un bout poly- gonal. En plus, on voit ici, à partir de l'orifice de remplissage 7, des lignes qui joignent des points d'égale progression de remplissage avec de la colle à différents moments lors de l'intro- duction de la colle à travers l'orifice 7. Ces lignes montrent qu'en raison de la plus faible résistance à l'écoulement à l'extré- mité plus large de l'espace annulaire 11, c'est-à-dire à l'élément de centrage 6, on obtient dans cette région une vitesse d'écou- lement plus élevée, avec le résultat que la sortie de colle par l'orifice de purge 8 indique que l'espace annulaire 11 est entiè- rement rempli de colle. Le procédé selon l'invention pour réaliser un assemblage collé à l'aide d'un dispositif comme ceux décrits, consiste à emboîter le moyeu 1 ou le bout d'arbre dans la pièce tubulaire 3 ou l'arbre creux, jusqu'à ce que les deux éléments de centrage 5, 6 assurent, avec précontrainte, l'étanchéité vis-à-vis de la paroi interne de la pièce tubulaire 3 ou de l'arbre creux, puis à intro- duire de la colle à travers l'un des orifices de liaison dans la fente annulaire conique 11, dans laquelle la colle s'écoule, en raison des conditions de frottement, vers l'extrémité radialement plus large de la fente, extrémité o la colle progresse en premier par deux fronts d'écoulement se réunissant en un anneau, jusqu'à ce que, sur le côté opposé, le reste de l'air soit expulsé d'un espace finissant sous la forme d'un coin dont la base est située à l'extrémité radialement réduite de la fente annulaire 11, et que de la colle excédentaire sorte par l'autre orifice de liaison. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'assemblage par collage entre un moyeu ou un bout d'arbre d'une part et une pièce tubulaire ou un arbre creux enfilé sur lui d'autre part, la pièce tubulaire ou l'arbre creux étant formé en particulier de matériau composite renforcé par des fibres et le moyeu ou le bout d'arbre présentant des éléments de centrage axialement espacés l'un de l'autre, qui s'appliquent sur tout le pourtour contre la paroi interne de la pièce tubulaire ou de l'arbre creux et renferment entre eux un volume de colle, caractérisé en ce que le moyeu (1) ou le bout d'arbre présente, entre les éléments de centrage (5, 6), un segment conique (2) qui délimite avec la paroi interne de la pièce tubu- laire (3) ou de l'arbre creux, une fente annulaire (11) qui s'agrandit progressivement en direction axiale, et que cette fente (11) communique avec l'environnement par deux orifices de liaison (8, 9; 12, 13) situés diamétralement l'un en face de l'autre à l'extrémité radialement réduite de la fente annulaire (11), dont l'un sert à l'introduction de colle et l'autre à la purge de l'air, la largeur de la fente, dans le sens radial, déterminant la résis- tance à l'écoulement rencontrée par la colle, introduite sous pression, et par suite son allure d'écoulement symétrique, produi- sant l'expulsion complète de l'air contenu dans la fente. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyeu (1) ou le bout d'arbre présente un collet (4) qui fait suite à l'un (5) des éléments de centrage et sert de butée pour la pièce tubulaire (3) ou l'arbre creux. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les orifices de liaison comprennent des rainures trans- versales (9, 10) ou des perçages radiaux situés dans le segment conique et qui communiquent avec des perçages axiaux (7, 8) dans le moyeu (1) ou le bout d'arbre. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les orifices de liaison sont constitués par des perçages radiaux (12, 13) dans la pièce tubulaire (3) ou dans l'arbre creux. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs espaces annulaires mutuellement indépendants, séparés par des éléments de centrage et s'agrandissant en direction axiale, entre la pièce tubulaire ou l'arbre creux d'une part et le moyeu ou le bout d'arbre d'autre part. 6. Procédé pour réaliser un assemblage collé à l'aide d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, carac- térisé en ce que l'on emboîte le moyeu (1) ou le bout d'arbre dans la pièce tubulaire (3) ou l'arbre creux, jusqu'à ce que les deux éléments de centrage (5, 6) assurent, avec précontrainte, l'étan- chéité vis-à-vis de la paroi interne de la pièce tubulaire (3) ou de l'arbre creux, et que l'on introduit ensuite de la colle à travers l'un des orifices de liaison (7, 9; 12) dans la fente annulaire conique (11), la colle s'écoulant en raison des condi- tions de frottement vers l'extrémité radialement plus large de la fente (11), extrémité o la colle progresse en premier par deux fronts d'écoulement se réunissant en un anneau, jusqu'à ce que, sur le côté opposé, le reste de l'air soit expulsé d'un espace finis- sant sous la forme d'un coin dont la base est située à l'extrémité radialement réduite de la fente annulaire (11), et que de la colle excédentaire sorte par l'autre orifice de liaison (8, 10; 13). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on visse un raccord de remplissage dans l'un des orifices (7, 9; 12) pour l'introduction de la colle. 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que, après le remplissage complet de l'espace annulaire (11) avec de la colle, on ferme les orifices (7, 9; 8, 10; 12, 13) par des bouchons.