Brevet FR2654483A1 — publié le 19910517

La présente invention concerne une bielle en matériau composite. En raison des gains de poids qu'ils procurent, de leur tenue aux efforts mécaniques, de leur résistance à la corrosion, de leur comportement sans cesse amélioré aux températures élevées et de leur facilité de mise en oeuvre, les matériaux composites trouvent des applications de plus en plus nombreuses En particulier, leur utilisation a été proposée, ou est même devenue effective, pour des organes de transmission habituellement réalisés en métal. Il a ainsi été proposé de réaliser des bielles en matériau composite, en particulier des bielles précontraintes dont le pied et la tête sont constamment précontraints par un bobinage, ou sangle, qui les relient, le corps central de la bielle reprenant les efforts de compression. La présente invention a pour-but de fournir une bielle en matériau composite qui, tout en ayant une architecture adaptée aux sollicitations auxquelles elle est soumise, puisse être facilement montée et démontée. Ce but est atteint grâce à une bielle comprenant, conformément à l'invention: un corps central réalisé en un matériau composite apte à reprendre les efforts de traction et de compression, un pied de bielle en matériau composite fixé à une extrémité du corps central et relié à celuici par une première sangle prenant appui sur le pied de bielle et sur cette extrémité du corps central, une tête de bielle en matériau composite formée par une demi- tête fixée à la deuxième extrémité du corps central, et par un chapeau appliqué sur la demi-tête de bielle au moyen d'une deuxième sangle prenant appui sur le chapeau et sur la deuxième extrémité du corps central, et des moyens de précontrainte de la deuxième sangle. Par rapport à une bielle dans laquelle la tête et le pied sont précontraints par un bobinage qui les relient l'un à l'autre, la bielle conforme à l'invention présente plusieurs avantages. Ainsi, la précontrainte de la deuxième sangle n'écrase pas le pied et la tête de bielle Cette précontrainte peut en outre être mieux maîtrisée puisque l'élasticité du corps central n'entre pas en compte. De plus, des problèmes provenant d'une différence de dilatation entre le corps central et le bobinage reliant le pied de bielle à la tête de bielle ne se posent plus. Le corps central de la bielle est avantageusement creux avec une ouverture qui s'étend dans la direction longitudinale de la bielle et débouche de chaque côté du corps central. Les sangles reliant le corps central respectivement au pied de bielle et au chapeau de la tête de bielle peuvent alors passer à travers l'ouverture du corps central, à chaque extrémité de celui-ci, en prenant appui sur les fonds de l'ouverture. Les sangles sont formées par exemple par bobinage d'un ruban qui peut être lui-même en un matériau composite. La précontrainte de la deuxième sangle reliant le chapeau de la tête de bielle au corps central est réalisée par tout moyen approprié qui permet un montage et un démontage aisés. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en perspective, et en coupe d'une bielle en matériau composite conforme à l'invention, la figure 2 est une vue en élévation de face et en coupe de la bielle de la figure 1; la figure 3 est une vue de dessous de la bielle de la figure 1, et les figures 4 à 7 sont des vues en élévation et en coupe, ou a demi en coupe, de bielles conformes à l'invention avec différents moyens de précontrainte de la sangle reliant la tête de la bielle au corps central de celle-ci. La bielle illustrée par les figures 1 à 3 comprend un corps central 10, un pied de bielle 20 relié à une extrémité 12 du corps central par une sangle 28, et une tête de bielle 30 comprenant une demi-tête 40 fixée à l'autre extrémité 14 du corps central et un chapeau 42 fixé au corps central au moyen d'une sangle précontrainte 50. Le corps central 10 présente une forme creuse avec une ouverture longitudinale 16 qui s'étend entre les extrémités 12 et 14 et débouche de chaque côté du corps 10. Le corps central 10 est réalisé en un matériau composite apte à reprendre les efforts de traction et de compression, tel que, par exemple, un matériau ayant une texture de renfort constituée par des fibres de carbone densifiée par une matrice en résine, par exemple en résine epoxyde. D'autres matériaux composites pourraient être utilisés pour réaliser le corps central, en particulier des matériaux dont la texture de renfort est constituée par des fibres ou des tissus en une matière choisie parmi des verres ou des carbones haut module ou haute résistance, et dont la matrice est constituée d'une matière choisie parmi des PSP, polyimides, résines thermo- plastiques, etc. Le pied de bielle 20 présente des flancs 22 qui constituent les faces du pied de bielle, o débouche l'alésage central 24 de celui-ci, et qui forment entre eux une gorge 26. Dans sa partie adjacente au corps central 10, le pied de bielle 20 s'adapte sur l'extrémité 12 de celui-ci, les flancs 22 venant sur chaque face du corps central et la gorge 26 épousant la forme de l'extrémité 12. Le pied de bielle 20 est réalisé en matériau composite de même nature qui celui constituant le corps central 10. La liaison entre le pied de bielle 20 et le corps central est réalisée par collage, par exemple au moyen d'une colle de type époxy, PSP ou polyimide, complété par la sangle 28. La sangle 28 est constituée par bobinage d'un fil en carbone haut module imprégné de résine époxyde Le fil est bobiné autour du pied de bielle 20, en passant dans la gorge 26, et autour de l'extrémité 12 du corps central, en passant dans l'ouverture 16, celle-ci donnant à l'extrémité 12 du corps central une section en forme de U La sangle 28 n'a pas pour seule fonction d'assurer la liaison entre le pied de bielle 20 et le corps central 10; elle participe également à la rigidification du pied de bielle 20. De la même façon que le pied 10, la tête de bielle 30 présente des flancs 32 qui constituent les faces de la tête de bielle, o débouche l'alésage central 34 de celle-ci, et qui forment entre eux une gorge 36. Dans sa partie adjacente au corps central 10, la demi-tête de bielle 40 s'adapte sur l'extrémité 14 de celui-ci, les flancs 32 venant sur chaque face du corps central et la gorge 36 épousant la forme de l'extrémité 14. Le chapeau 42 est raccordé à la demi-tête 40 en utilisant des pions de positionnement 44 qui traversent leur plan de raccordement La demi-tête 40 et le chapeau 42 sont réalisés en un matériau composite de même nature que celui constituant le corps central 10. La liaison entre la tête de bielle 30 et le corps central 10 est réalisée par collage de la demi-tête 40 sur l'extrémité 14, complété par la sangle 50. La sangle 50 est constituée par bobinage d'un fil de "Kevlar" Le fil est bobiné séparément, ou, in situ, autour de la tête de bielle, en passant dans la gorge 36, et autour de l'extrémité 14 du corps central, en passant à travers l'ouverture 16 qui donne à l'extrémité 14 une section en forme de U. La sangle 50 est précontrainte au moyen d'un dispositif de précontrainte 52 Celui-ci est constitué par un noyau expansible disposé à l'extrémité de la tête de bielle Lors de son bobinage, le ruban constituant la sangle 50 passe autour du noyau 52 en formant une boucle 55 Comme le montre la figure 3, le noyau 52 est constitué de deux pièces latérales 54, 56 entre lesquelles est disposée une pièce centrale 58 en forme de coin Les pièces 54, 56 ont des faces en regard formant des rampes inclinées qui coopèrent avec le coin 58 pour permettre la mise en précontrainte de la sangle par écartement mutuel des pièces 54 et 56 provoquant une expansion contrôlée du noyau 52. La précontrainte de la sangle 50 permet une transmission des efforts de traction au corps central 10, sans déformation de la tête de bielle Les efforts de compression sont également repris par le corps central 10 Le démontage de la bielle est facilement réalisé en supprimant la contrainte dans la sangle 50 par retrait du coin 58, et par retrait de la sangle 50 La bielle peut ensuite être tout aussi facilement remontée. D'autres formes de réalisation du dispositif de précontrainte de la sangle 50 peuvent être envisagées, tout en préservant la possibilité d'un montage et d'un démontage aisés de la bielle. Les bielles montrées par les figures 4 à 7 diffèrent de celle illustrée par la figure 1 essentiellement dans la réalisation de la sangle 50 et du moyen de précontrainte de celle-ci. Dans le cas de la figure 4, la sangle 50 a une forme de collier de serrage muni de pièces d'extrémité 62, 64 qui sont reliées l'une à l'autre par une vis 66 Une cale 68 est disposée à l'extrémité du chapeau 42 Du côté adjacent au chapeau, la cale 68 présente une face dont la forme épouse celle du chapeau 42 Du côté opposé, la cale 68 présente deux rampes sur lesquelles s'appuient les pièces 62, 64 pour permettre une précontrainte de la sangle 50 par serrage de la vis 66, la sangle 50 s'appuyant directement sur l'extrémité 14 du corps central 10 en passant à travers l'ouverture 16. La figure 5 montre également une sangle 50 en forme de collier de serrage muni de pièces d'extrémité 72, 74 Les pièces 72, 74 ont des faces comprenant des dentures 76, 78 qui coopèrent avec des dentures correspondantes 82, 84 formées sur deux côtés opposés d'une pièce 80 Cette dernière s'appuie par sa base sur la face externe du chapeau 42, la face de la pièce 80 adjacente au chapeau épousant la forme de celui-ci, tandis que les côtés munis des dentures 82, 84 sont inclinés l'un vers l'autre à partir de la base de la pièce 80 Lorsque la précontrainte désirée a été appliquée à la sangle 50, par positionnement relatif des dentures des pièces 72, 74 et de celles de la-pièce 80, le blocage de la sangle 50 est réalisé au moins au moyen d'une vis 86 immobilisant l'une des pièces 72, 74 sur la pièce 80. Dans le cas des figures 4 et 5, la sangle prend directement appui sur l'extrémité 14 du corps central 10, en passant dans l'ouverture 16, la liaison entre les extrémités de la sangle étant réalisée à l'extrémité de la bielle en prenant appui sur le chapeau. Inversement, la sangle 50 peut être disposée de manière à prendre directement appui sur le chapeau 42, la liaison entre les extrémités de la sangle étant réalisée au niveau de l'extrémité 14 du corps central 10. Ainsi, la figure 6 montre une sangle 50 qui passe autour du chapeau 42 et qui est munie de pièces d'extrémité 92, 94 reliées l'une à l'autre par une vis 96 traversant l'ouverture 16 Une cale 98 est disposée à l'intérieur de l'ouverture 16 en appui sur l'extrémité 14 La face de la cale 98 en contact avec le corps central épouse la forme de celui-ci, au fond de l'ouverture 16, tandis que la face opposée de la cale 98 présente deux rampes sur lesquelles s'appuient les pièces d'extrémité 92, 94 Une précontrainte de la sangle 50 est obtenue par serrage de la vis 96, ce qui a pour effet de faire glisser les pièces 92, 94 sur les rampes de la cale 98. Enfin, la figure 7 montre une sangle 50 qui passe autour du chapeau 42 et qui est munie de pièces d'extrémité 102, 104. Celles-ci ont des dentures 106 qui coopèrent avec des dentures correspondantes 108 formées sur deux côtés d'une pièce 110 Cette dernière s'appuie par sa base sur l'extrémité 14 du corps central, au fond de l'ouverture 16, tandis que les côtés munis des dentures 108 sont inclinés l'un vers l'autre à partir de la base Lorsque les dentures 106 ont été engagées sur les dentures 108 pour atteindre le degré de tension désiré dans la sangle 50, celle-ci est bloquée au moins au moyen d'une vis 112 immobilisant l'une des pièces d'extrémité 102, 104 sur la pièce 110. REVENDICATIONS 1 Bielle en matériau composite, caractérisée en ce qu'elle comporte. un corps central ( 10) réalisé en un matériau composite apte à reprendre les efforts de traction et de compression, un pied de bielle ( 20) en matériau composite fixé à une première extrémité du corps central ( 10) et relié à celui-ci par une première sangle ( 28) prenant appui sur le pied de bielle et sur cette extrémité du corps central, une tête de bielle ( 30) en matériau composite formée par une demi-tête ( 40) fixée à la deuxième extrémité du corps central ( 10), et par un chapeau ( 42) appliqué sur la demi-tête de bielle au moyen d'une deuxième sangle ( 50) prenant appui sur le chapeau et sur la deuxième extrémité du corps central, et des moyens de précontrainte de la deuxième sangle ( 50). 2 Bielle selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps central ( 10) est creux et présente une ouverture ( 16) qui s'étend en direction longitudinale entre la première et la deuxième extrémité et débouche de chaque côté du corps central. 3 Bielle selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la première sangle ( 28) est réalisée par bobinage autour du pied de bielle ( 20) et de la première extrémité ( 12) du corps central ( 10). 4 Bielle selon les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que la première sangle ( 28) est bobinée autour de la première extrémité ( 12) du corps central ( 10) en passant à travers l'ouverture ( 16) de celui-ci et en s'appuyant sur le fond de l'ouverture, du côté de la première extrémité. Bielle selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la deuxième sangle ( 50) est réalisée par bobinage autour de la tête de bielle ( 30) et de la deuxième extrémité ( 14) du corps central ( 10). 6 Bielle selon les revendications 2 et 5, caractérisée en ce que la deuxième sangle ( 50) est bobinée autour de la deuxième extrémité ( 14) du corps central ( 10) en passant à travers l'ouverture ( 16) de celui-ci et en s'appuyant sur le fond de l'ouverture, du côté de la deuxième extrémité. 7 Bielle selon la revendication 6, caractérisée en ce que la deuxième sangle ( 50) est bobinée en formant une boucle autour d'un noyau expansible ( 52) destiné à mettre la deuxième sangle en précontrainte. 8 Bielle selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisée en ce que la deuxième sangle ( 50) est munie de deux pièces d'extrémité reliées à un dispositif de tension destiné à mettre la deuxième sangle en précontrainte. 9 Bielle selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le matériau composite constitutif du corps central ( 10), du pied de bielle ( 20) et de la tête de bielle ( 30) est un matériau ayant une texture de renfort constituée par des fibres choisies parmi les fibres de carbone et les fibres de verre, et densifiée par une matrice en résine. 10 Bielle selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les sangles ( 28, 50) reliant le pied de bielle et la tête de bielle au corps central sont réalisées par bobinage d'un fil. l;