Brevet FR2637536A1 — publié le 19900413

L'invention qui se rapporte aux arbres de transmission de mouvement à hautes performances concerne un procédé de réalisation de ces arbres en matériau composite alliant un bobinage de fibres et une déformation avant polymérisation. Les arbres de transmission de mouvement de rotation sont aujourd'hui réalisés de façon répandue par des éléments métalliques du genre joints de cardan, ou par des éléments à accouplements élastiques qui sont, soit métalliques, soit incorporant des pièces en élastomères, ou encore par des éléments en matériau composite incluant des moyens autorisant une légère variation axiale ou angulaire entre les positions de l'organe moteur et de l'organe récepteur. L'inconvénient majeur des éléments en matériaux métalliques avec ou sans élastomère est qu'ils représentent une certaine masse qui entraîne une limitation de la fréquence critique, donc de la vitesse de rotation. Dès qu'il s'agit par conséquent d'utiliser des arbres de transmission à haute vitesse de rotation et soumis à des contraintes importantes, comme c'est le cas particulièrement en technique aéronautique, on préfère utiliser des transmissions en matériau composite du genre fibre de verre, keviar ou carbone dont les caractéristiques de légèreté et les performances mécaniques ne sont plus à prouver. Mais ces éléments en matériau composite doivent, comme on l'a souligné plus haut, pouvoir prendre en compte les défauts de positionnement des organes dtentrainement ou organes menants par rapport aux organes entraînés ou organes menés, ainsi que la transmission du couple-moteur. Il est bien connu que cet inconvénient est éliminé si l'on prévoit sur l'arbre de transmission une portion ondulée en forme de soufflet qui donne à l'extrémité du tube une certaine souplesse aussi bien axialement qu'en flexion. Mais si l'on bobine le soufflet à l'aide de fibres ou de rubans de fibres simultanément avec le corps de l'arbre, par bobinage direct, on aboutit immanquablement à un manque de souplesse en flexion et on est par contre obligé de renforcer les parties cylindriques courantes du tube, en amont et en aval du soufflet, ce qui élève la masse de l'arbre au détriment de sa vitesse critique. En effet le bobinage directe nécessite une trajectoire d'enroulement de fibres quasiment géodésique, dont l'angle entre le fil et la méridienne locale évolue selon une loi Ri.sin ai = constante (Ri étant le rayon de l'enroulement en i) et dont l'apaisseur e en chaque point i évolue selon la loi ei.Ri.cosai = constante. Il est apparu préférable à la Demanderesse de rechercher une solution autre que le bobinage direct suivi de polymérisation pour obtenir un arbre muni de soufflets, solution qui consiste donc à réaliser un bobinage suivi d'une déformation avant la polymérisation. En effet l'examen du comportement d'une tresse éventuellement réalisée par bobinage, constituée de fils selon un angle de fils à + ai #450, soumise à un effort de compression axial montre que sous cet effort le diamètre de la tresse augmente jusqu'à l'établissement d'un nouvel état d'équilibre pour lequel l'angle de fils est a2 = n (900-ai > . Les rayons des enroulements sont alors donnés par R2 = R1 tg ai, et les épaisseurs restent constantes. Aussi l'objet principal de la présente invention consiste en un procédé de réalisation d'arbre de transmission de mouvement en matériau composite comportant au moins une portion ondulée en forme de soufflet, procédé qui consiste à assurer un bobinage de fil sur mandrin pour réaliser l'ensemble de l'arbre et à déformer ledit bobinage dans la zone du soufflet avant polymérisation, selon les étapes suivantes. - Sur une surface cylindrique d'un mandrin comportant au moins une série de secteurs formant une bague démontable entre deux couronnes, on effectue une pluralité de bobinages transversaux ou inclinés - On assure la m se en place à l'extérieur de l'enroulement d'un contre-moule muni d'au moins une butée coulissante en appui sur une couronne formant une partie de la surface cylindrique ; - On démonte le noyau du mandrin ainsi que les secteurs ; - On dispose à l'intérieur du contre-moule un outil de mise en forme sur lequel peut se déplacer la couronne associée éventuellement à un manchon coulissant ; - On place une vessie annulaire gonflable dans l'espace compris entre les deux couronnes ;; - On effectue le gonflage de la vessie et la mise en forme des fibres de la partie centrale par coulissement de la butée et de la couronne associée et on assure la polymérisation des fibres déformées. On prévoit qu'au-dessus des couronnes est assuré au moins un bobinage de fils à 900 de l'axe du mandrin, et au-dessus dlau moins un bobinage de fils à 900, mais sur la totalité du mandrin, est assuré un bobinage de fils inclinés sur l'axe du mandrin. Avantageusement, le bobinage hélicoldal dans la partie courante du tube est intercalé entre deux bobinages de fils à 906 et l'enroulement de ses fils est incliné sur l'axe du mandrin d'un angle de 300. Selon l'invention le contre-moule porte au droit de la couronne une butée annulaire fixe destinée à venir en appui sur les bobinages enroulés sur ladite couronne, et l'outil de mise en forme est une platine cylindrique dont une extrémité forme une surépaisseur servant d'appui à la couronne. Selon une autre caractéristique de l'invention du procédé de réalisation d'arbre de transmission de mouvement en matériau composite, selon lequel on assure le bobinage de fil et on déforme ledit bobinage dans la zone du soufflet avant polymérisation, on intègre un dispositif antifouettement ainsi que la membrane de la vessie gonflable au-dessus des couronnes et secteurs du mandrin, avant d'assurer la pluralité des bobinages transversaux ou inclinés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation faisant référence aux dessins annexés qui représentent Figure 1 une vue schématique en coupe d'une partie d'un arbre de transmission obtenu selon le procédé de l'invention ; Figures 2 à 6 des vues schématiques des étapes suivantes du procédé - bobinage des fils sur le mandrin - mise en place du contre-moule - retrait du mandrin et des secteurs centraux - mise en place de l'outil de mise en forme et de la vessie - gonflage de la vessie ; Figure 7 une vue schématique d'une variante montrant l'incorporation d'un dispositif antifouettement ; Figure 8 une vue de la ise en place du contremoule et de l'outil de mise en forme ; et Figure 9 une vue montrant l'opération suivante de gonflage de la vessie. On a représenté à la figure 1 un exemple de réalisation d'un soufflet 1 avec des flancs qui sont sensiblement perpendiculaires à l'axe 2 de l'arbre de transmission dont les parties courantes 3 rectilignes de part et d'autre du soufflet sont formées d'un enroulement extérieur 4 et d'un enroulement intérieur 5 coiffant un bobinage intermédiaire 6, lequel est destiné à subir une déformation au niveau du soufflet, comme on le verra plus loin. Un dispositif antifouettement constitué de deux tubes intérieurs 7, 8 est avantageusement introduit à l'intérieur de l'arbre représenté. Pour réaliser cet arbre 3 avec son soufflet 1, on procède de la façon suivante. Sur tout le tour du noyau 9 d'un mandrin sont en appui des secteurs 10 qui forment une bague sur ledit noyau. De part et d'autre de cette bague, et en appui contre elle, deux couronnes lIA et 11B forment avec les secteurs une surface cylindrique continue destinée à recevoir l'enroulement (figure 2). Sur les couronnes Il sera formée la partie courante du tube tandis que la zone du soufflet correspond à la partie centrale 1D. Au-dessus des couronnes 11 est assuré un premier bobinage 5 de fils à 900 de l'axe 2 du mandrin. Puis sur la totalité du mandrin c1est-à-dire audessus des couronnes et secteurs sont enroulés longitudinalement des fils 6 selon des angles avantageusement de 1 t ordre de 300. Enfin,à nouveau seulement au-dessus des couronnes est effectué un second bobinage 4 de fils à 900.On voit que la zone du soufflet est constituée d'au moins un seul bobinage hélicoïdal 6 à + 300, lequel, dans la partie courante du tube est inséré entre deux enroulements circonférentiels. Après découpe des extrémités de fils longitudinaux, débordant de part et d'autre des couronnes 11, on met en place autour du mandrin, un contre-moule 12 qui porte, d'une part au droit de la couronne liA une butée annulaire fixe 13 venant en appui sur les bobinages enroulés autour de cette couronne llA, et d'autre part au droit de la couronne 11B une butée annulaire coulissante 14 venant en appui sur les bobinages enroulés autour de cette couronne llB. Entre les deux butées, comme on le voit à la figure 3, un espace vide est ménagé entre les secteurs 10 et le contre-moule 12, traversé par l'enroulement 6. Le contre-moule étant donc mis en place on démonte le noyau 9 du mandrin ainsi que les secteurs 10 (figure 4). La figure 5 montre ltétape suivante qui consiste à mettre en place un outil de mise en forme, à l'intérieur du contre-moule 12. Cet outil a la forme d'une platine cylindrique 18 dont une extrémité (à gauche sur la figure > forme une surépaisseur 19 servant d'appui à la couronne liA. Sur la partie courante extérieure de cette platine 18 est monté un manchon coulissant 15 que lton place au niveau de la couronne îlE et qui lui sert d'appui. Entre la surépaisseur 19 et le manchon 15 se trouve ménagé un espace annulaire entre la platine et la partie centrale de l'enroulement où se trouvaient les secteurs 10, espace dans lequel est introduite une vessie annulaire gonflable 16 alimentée par un tube de pression 17 traversant la platine. Ce montage étant fait, on effectue le gonflage de la vessie 16 et la mise en forme des fibres 6 par coulissement entre le contre-moule 12 et la platine 18, dans le sens de la flèche, de l'ensemble mobile que constituent la butée annulaire coulissante 14, le manchon coulissant 15, la couronne lIB intercalée entre eux, ainsi bien entendu que les enroulements de fibres qu'ils enserrent. La figure 6 montre cette disposition qui permet d'obtenir après polymérisation un soufflet comme celui représenté à la figure 1. Pour obtenir ce soufflet à bobinage hélicoïdal déformé, il convient évidemment que le matériau composite soit correctement plaqué par la vessie contre les parois du contre-moule et de la platine, mais aussi contre les butées qui ferment les côtés de la chambre interne. On peut utiliser cette technique pour la fabrication d'un flasque de liaison avec un arbre moteur ou avec un autre équipement. Le dispositif antifouettement constitué des tubes 7 et 8 (figure 1) est rapporté au niveau du soufflet à l'intérieur du tube de transmission ainsi réalisé. Selon une variante représentée à la figure 7, on intègre le dispositif antifouettement 7, 8 et la membrane de la vessie gonflable 16 au-dessus des couronnes 11 et des secteurs 10, le dispositif antifouettement étant en appui sur les couronnes, et situé au-dessus de la vessie, puis on assure la bobinage des fils (4, 5) à 900 et des fils longitudinaux 6 de la même façon que dans l'exemple précédent en référence à la figure 2. La mise en place du contre-moule suivie du démontage du noyau du mandrin et des secteurs s'effectue ensuite de façon analogue à celle décrite pour le cas précédent en référence aux figures 3 et 4. La figure 8 montre l'étape suivante de mise en place de l'outil de mise en forme approprié à cette variante. Cet outil est une platine cylindrique 20 venant en appui directement contre les couronnes llA et llB. Deux joInts d'étanchéité 21 sont prévus de chaque côté entre la platine et la couronne. On remarquera que les extrémités des tubes 7 et 8 du dispositif antifouettement débordent à l'intérieur de la chambre centrale entre les butées 13 et 14. Ce montage étant fait, on effectue la mise en forme du soufflet par gonflage de la vessie 16 et coulissement entre le contre-moule 12 et la platine 20, dans le sens de la flèche, de l'ensemble mobile que constituent la butée annulaire coulissante 14 et la couronne llB, ainsi bien entendu que le tube 8 antifouettement, la membrane 16 et les enroulements de fibres qu'ils enserrent. La figure 9 montre cette disposition de mise en forme du soufflet avant polymérisation, la membrane restant prisonnière du soufflet. De cette manière, on réalise une liaison intime entre les divers éléments du système, en s'affranchissant des problèmes d'ajustement des tubes antifouettement 7, 8 à l'intérieur de l'arbre de transmission après polymérisation de celui-ci. REVENOICATIONS 1.- Procédé de réalisation d'arbre de transmission de mouvement en matériau composite comportant au moins une portion ondulée en forme de soufflet caractérisé en ce qu'il consiste à assurer un bobinage de fil sur mandrin pour réaliser l'ensemble de l'arbre et à déformer ledit bobinage dans la zone du soufflet avant polymérisation. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes - sur une surface cylindrique (10, 11) d'un mandrin comportant au moins une série de secteurs 10 formant une bague démontable entre deux couronnes (lIA, îlE), on effectue une pluralité de bobinages (4, 5, 6) transversaux ou inclinés, - on assure la mise en place à l'extérieur de ltenroulement d'un contre-moule (12) muni d'au moins une butée coulissante (14) en appui sur une couronne (lob) formant une partie de la surface cylindrique, - on démonte le noyau (9) du mandrin ainsi que les secteurs, (10), - on dispose à l'intérieur du contre-moule un outil de mise en forme (18, 20) sur lequel peut se déplacer la couronne (lIE) associée éventuellement à un manchon coulissant (15), - on place une vessie annulaire gonflable (16) dans l'espace compris entre les deux couronnes, - on effectue le gonflage de la vessie et la mise en forme des fibres (6) de la partie centrale par coulissement de la butée (14) et de la couronne associée (11 ), - on assure la polymérisation des fibres déformées. 3.- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que au-dessus des couronnes (lIA et llB) est assuré au moins un bobinage (4, 5) de fils à 900 de l'axe (2) du mandrin et en ce que sur la totalité du mandrin au-dessus d'au moins un bobinage (5) de fils à 900 sont enroulés longitudinalement des fils (6) inclinés sur l'axe du mandrin. 4.- Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bobinage hélicoïdal (6), dans la partie courante du tube est intercalé entre les deux bobinages (4, 5) de fils à 90 . 5.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'enroulement des fils est incliné sur l'axe 2 du mandrin d'un angle de 300. 6.- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le contre-moule (12) porte au droit de la couronne (îlE) une butée annulaire fixe destinée à venir en appui sur les bobinages enroulés sur ladite couronne. 7.- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'outil de mise en forme est une platine cylindrique (18) dont une extrémité forme une surépaisseur (19) servant d'appui à la couronne (liA). 8.- Procédé de--réalisation d'arbre de transmission de mouvement en matériau composite comportant au moins une portion ondulée en forme de soufflet, selon lequel on assure le bobinage de fil et on déforme ledit bobinage dans la zone du soufflet, avant polymérisation avec les étapes de réalisation selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste à intégrer un dispositif antifouettement t7, 8) ainsi que la membrane de la vessie gonflable (16) au-dessus des couronnes (11) et secteurs (10) du mandrin, avant d'assurer la pluralité des bobinage (4, 5, 6) transversaux ou inclinés. 9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif antifouettement (7,8) est en appui sur les couronnes (11) et est situé au-dessous de la membrane de la vessie gonflable (16). 10.- Arbre de transmission de mouvement en matériau composite réalisé selon le procédé des revendications 1 à 9.