Brevet FR2668223A1 — publié le 19920424

L'invention concerne-un élément d'accouplement d'arbre, élastique et autorisant des décalages axiaux et angulaires, réalisé en matériau composite renforcé par des fibres, et présentant la forme d'un ensemble à tracé polygonal ayant des trous de fixation pour l'agencement réciproque de deux parties-brides ou parties d'arbre à raccorder axialement, ledit ensemble à tracé polygonal étant prévu sous la forme d'une réalisation sensiblement plane constituée par des parties pleines minces et rectilignes et par des parties ajourées renforcées, lesdites parties ajourées et renforcées se raccordant aux parties pleines par une frontière située à angle droit par rapport à la direction longitudinale des parties pleines De tels éléments servent à supporter les petites variations angulaires et axiales dans des chaînes cinématiques et doivent convenir pour recevoir de forts couples de rotation tout en ayant une excellente flexibilité. Un élément de couplage d'arbres du type précité est connu par le brevet allemand DE 37 25 957 Cl Dans les couches médianes des éléments pleins, l'orientation des fibres par rapport à l'axe médian de la partie pleine est de préférence de 0 , tandis que des couches de fibres extérieures peuvent avoir des orientations alternées, de préférence de + 45 et -45- Il s'est avéré qu'en présence d'une forte charge due à un couple de rotation, ayant pour effet que les parties pleines ont une moitié sollicitée en traction et leur autre moitié sollicitée en compression, notamment lorsqu'il y a d'autres formes de sollicitation, dues à un déplacement axial et à une flexion de joint, des fissures peuvent se produire dans les éléments, depuis les bords extérieurs jusqu'aux trous de fixation La présente invention a pour but d'éviter de manière sûre de tels dommages, cela avec des moyens simples, de * 2 manière à obtenir un accroissement de la robustesse et de la longévité de l'élément d'accouplement. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que, par rapport aux points d'intersection S des lignes longitudinales médianes M des parties pleines situés dans les parties ajourées, les trous de fixation sont décalés radialement vers le centre Z de l'élément d'accouplement L'effet obtenu est que, dans les parties pleines construites conformément à l'invention, les domaines de ces parties pleines sollicités en traction lors de l'application d'un couple de rotation chargeant l'élément sont aussi le siège d'une sollicitation en flexion qui se superpose à la sollicitation en traction qui est ainsi réduite dans les fibres radialement à l'extérieur, lesquelles sont les plus menacées de fissuration, tandis qu'un accroissement non critique de la sollicitation en traction intervient dans les fibres radialement à l'intérieur, non menacées. Il s'avère avantageux que les trous de fixation se trouvent aux points d'intersection S' de lignes M' parallèles auxdites lignes longitudinales médianes M, l'écart entre lesdites lignes M, M'étant inférieur à %, notamment sensiblement égal à 7 %, de la largeur d'une partie pleine On est ainsi assuré que, pour des configurations-usuelles des parties pleines, d'une part l'effet désiré sera sûrement obtenu dans les fibres radialement à l'extérieur et que, d'autre part, les forces de traction croissant du fait de la sollicitation en flexion n'atteindront aucune valeur critique dans les fibres radialement à l'intérieur. Selon un autre dimensionnement avantageux prévu par l'invention, les trous de fixation se trouvent aux points d'intersection S' de lignes M' parallèles aux lignes longitudinales médianes M, et les distances des lignes MI au bord intérieur d'une part et au bord extérieur d'autre part se trouvent dans le rapport de 0,75:1 Autrement dit, la distance des lignes M' aux bords longitudinaux est conforme au rapport de 0,75:1. Là aussi, avec des configurations usuelles, on est assuré de respecter les critères considérés plus haut, c'est-à-dire d'une part la protection des fibres radialement à l'extérieur et d'autre part l'absence de risques pour les fibres radialement à l'intérieur. Dans la mesure o dans ce qui précède il est question d'éléments ayant une configuration usuelle, l'épaisseur des éléments constituant les parties pleines correspond de préférence sensiblement à 4 à 5 % de leur largeur Par contre, les parties ajourées sont sensiblement plus épaisses et ont une épaisseur de deux à quatre fois celle des parties pleines Les transitions aux régions des parties ajourées sont à chaque fois perpendiculaires à l'axe longitudinal des parties pleines et sont arrondies Les différences d'épaisseur précitées entre région de partie pleine et région de partie ajourée peuvent être obtenues d'une part en recourant à des nombres différents de préimprégnés ('prepregs") qui se superposent en double dans les régions des parties ajourées et, d'autre part, en renforçant la compression des préimprégnés dans les régions des parties pleines. Un élément selon l'invention devrait avantageusement présenter de préférence des trous de fixation décalés radialement vers l'intérieur de manière qu'en présence de la charge de torsion maximale de l'élément la tension produite par des forces de traction soit réduite d'environ 45 % par rapport à la valeur calculée en cas d'agencement médian des trous de fixation, cela étant obtenu grâce à la tension superposée due à des forces de flexion Autrement dit en présence de la charge de torsion maximale de l'élément, la tension produite par des forces de traction est réduite d'environ 45 % par la tension superposée due à des forces de flexion, cela dans les domaines des parties pleines sollicités en traction, dans le bord extérieur. Pour obtenir une sollicitation en torsion pure de l'élément, il peut être opportun d'utiliser exclusivement des préimprégnés dont les fibres sont orientées dans la direction de l'axe médian de la partie pleine concernée Cette charge uniquement sous la forme d'un couple de rotation ne représente toutefois pas le cas de charge habituel, car il y a aussi des déports et des charges de flexion Une réalisation plus courante et plus avantageuse prévoit d'utiliser, en plus, des préimprégnés ayant des angles de fibres de + 45 et -45 par rapport à l'axe longitudinal de la partie pleine concernée, ces préimprégnés formant alors notamment les deux couches extérieures des deux côtés pour les renforcements par fibres s'étendant dans la direction longitudinale des parties pleines concernées, au lieu de préimprégnés préparés de manière correspondante, on peut utiliser une technique par enroulement, les trous de fixation n'ayant alors pas à être réalisés en tant que perçage et pouvant être formés par enroulement entourant, donc sans interruption des lignes de fibres. La simplicité de configuration du tracé polygonal, lequel est de préférence symétrique par rapport à un plan médian, permet d'obtenir une grande flexibilité en même temps qu'une bonne aptitude à supporter des charges de torsion La délimitation orthogonale des parties ajourées, par rapport à la direction longitudinale des parties pleines, est également importante car elle autorise l'établissement de lignes de flexion nettes dans les régions des parties pleines, sans que des différences de longueur des fibres des parties pleines soient une cause de forces de torsion. L'invention prévoit notamment des couches extérieures ayant une orientation de fibres de + 30 ' à + 60 ', notamment de + 45-, par rapport à la direction longitudinale de la partie pleine concernée. Selon un autre développement, dans les régions des parties pleines, les couches médianes occupent environ 50 % de l'épaisseur totale et les couches extérieures occupent chacune environ 25 % de cette épaisseur totale, cette dernière étant notamment de l'ordre de 1,5 mm. Il est considéré comme particulièrement avantageux que les couches de fibres dans les parties pleines arrivent dans les parties ajourées, de manière qu'aucun point d'affaiblissement ne puisse exister dans la région des transitions des parties pleines aux parties ajourées On utilise alors de préférence des éléments individuels ayant sensiblement une forme en C, chacun ayant une partie pleine et comportant ou enserrant deux parties ajourées s'y raccordant Dans une réalisation particulièrement avantageuse, la transition des parties pleines aux parties ajourées, vue en coupe longitudinale, est arrondie afin d'éviter tout effet d'entaille Pour accroître l'épaisseur du matériau, les parties ajourées peuvent présenter des couches supplémentaires intercalées, dont les fibres sont orientées ad libitum. Selon une forme de réalisation avantageuse, dans les parties pleines, les couches de fibres sont plus fortement comprimées et plus étroitement appliquées les unes contre les autres que dans les parties ajourées. Les trous de fixation sont habituellement prévus afin de réaliser un assemblage avec des éléments de bridage ou de raccordement réciproques, au moyen de vis traversant lesdits trous, les éléments de raccordement pouvant présenter chacun une pluralité de doigts de bridage qui, répartis sur le pourtour, attaquent alternativement des deux côtés de l'élément. L'invention prévoit notamment que des douilles sont insérées 3 S dans les trous de fixation. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse, la présente invention peut être développée de manière telle qu'au moins l'un des éléments de racordement soit en un matériau façonnable par formage, dans lequel l'élément est formé avec la moitié de ses parties ajourées. L'invention prévoit notamment qu'au moins la moitié des parties ajourées, comportant les trous de fixation, est formée à partir d'un matériau façonnable par formage, dans des zones de raccordement s'y rattachant, sous la forme d'une partie d'arbre ou de bride présentant des doigts de bridage L'invention prévoit en outre qu'à chaque fois avec un décalage périmétrique, la moitié des parties ajourées, celle comportant les trous de fixation, est façonnée à partir d'un matériau façonnable par formage, cela dans l'une de deux zones de raccordement opposées rattachées sous forme de brides présentant des doigts de bridage. Dans un autre développement, lorsque l'élément d'accouplement ne doit pas être en même temps un point d'interfaçage ou séparation dans une chaîne cinématique d'entraînement, de tels éléments de raccordement peuvent être reliés des deux côtés, de la même manière, avec de tels éléments de racordement, les doigts de bridage agissant mutuellement en étant décalés sur le pourtour, sur des parties évidées de l'élément Les trous de fixation ont pour effet qu'il s'établit alors une liaison par conjugaison de formes (liaison mécanique positive). Les éléments de raccordement peuvent être pourvus par exemple de brides conjuguées Toutefois, de préférence, ils peuvent se raccorder progressivement à des parties tubulaires pouvant être assemblées à des arbres par assemblage à la presse ou par collage Comme matériau pour de tels éléments de raccordement, on peut envisager n'importe quelle matière apte au formage, c'est-à-dire une matière coulable, injectable ou malaxable, apte au formage sans endommagement de l'élément d'accouplement d'arbre Il peut notamment s'agir aussi de matières plastiques, par exemple de thermoplastiques, mélangées à des fibres courtes, ou de granulés frittables avec des composants à base de matière plastique ou de métal. D'autres caractéristiques et avantages de L'invéntion apparaîtront dans la description présentée ci-après à titre d'exemple non limitatif en se reportant aux dessins dont les figures représentent: la figure 1, une vue axiale d'un élément d'accouplement; la figure 2, une vue en élévation latérale d'un élément d'accouplement; la figure 3, en tant que détail agrandi, une partie pleine; et la figure 4, un élément individuel avant usinage. Sur les figures 1 et 2, on peut reconnaître un ensemble à tracé polygonal, comportant des parties pleines 1 de faible épaisseur et des parties ajourées 2 de plus grande épaisseur, qui ont chacune une délimitation à angle droit par rapport à la direction longitudinale des parties pleines La transition est caractérisée par un arrondi 3 Arrondies extérieurement, les parties ajourées 2 qui sont sensiblement triangulaires présentent des trous de vis 4 qui se prêtent à un assemblage mutuel à des étoiles d'accouplement ou à des brides d'accouplement Une coupe partielle montre que les couches extérieures 6 d'une partie pleine ont des fibres orientées à + 450 et à 45 , tandis que les couches médianes 5 présentent une orientation de fibres purement longitudinale Les deux types de fibres se raccordent aux parties ajourées suivantes Des couches supplémentaires ou couches de remplissage peuvent être prévues dans la région des parties ajourées 2. Selon l'invention, les centres S' des trous de fixation 7 se trouvent aux points d'intersection de droites M' qui s'étendent parallèlement aux lignes médianes M des parties pleines, en étant décalées vers l'intérieur, vers le centre Z. Sur la figure 3, une partie pleine individuelle 1 est encore représentée avec une couche médiane 5 ayant des fibres orientées longitudinalement (angle O ') et avec des couches extérieures 6 ayant des fibres à + 45 et à -45 o. La figure 4, montre la forme d'un élément individuel 8 qui, par rapport à la direction longitudinale de la partie pleine, peut présenter l'un des angles de fibres possibles Doté d'une forme analogue à celle d'un C, cet élément comprend une partie pleine 1 à laquelle se rattachent les deux parties ajourées 2. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Elément d'accouplement d'arbre, élastique et autorisant des décalages axiaux et angulaires, réalisé en matériau composite renforcé par des fibres, et présentant la forme d'un ensemble à tracé polygonal ayant des trous de fixation pour l'agencement réciproque de deux parties-brides ou parties d'arbre à raccorder axialement, ledit ensemble à tracé polygonal étant prévu sous la forme d'une réalisation sensiblement plane constituée par des parties pleines minces et rectilignes ( 1) et par des parties ajourées renforcées ( 2 >, lesdites parties ajourées et renforcées ( 2) se raccordant aux parties pleines ( 1) par une frontière située à angle droit par rapport à la direction longitudinale des parties pleines, caractérisé par le fait que, par rapport aux points d'intersection S des lignes longitudinales médianes (M) des parties pleines ( 1) situés dans les parties ajourées ( 2), les trous de fixation ( 4) sont décalés radialement vers le centre (Z) de l'élément d'accouplement. 2 Elément selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les trous de fixation ( 4) se trouvent aux points d'intersection (S') de lignes (MI) parallèles auxdites lignes longitudinales médianes (M), l'écart entre lesdites lignes CM, M'> étant inférieur à %, notamment sensiblement égal à 7 %, de la largeur d'une partie pleine. 3 Elément selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les trous de fixation ( 4 > se trouvent aux points d'intersection (S') de lignes (M'? parallèles aux lignes longitudinales médianes (M), la il distance de ces lignes (M') aux bords longitudinaux étant conforme au rapport de 0,75:1. 4 Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'épaisseur des éléments constituant les parties pleines correspond sensiblement à 4 % de leur largeur. Elément selon l'une quelconque des revendications t à 4, caractérisé par le fait qu'en présence de la charge de torsion maximale de l'élément la tension produite par des forces de traction est réduite d'environ 45 % par la tension superposée due à des forces de flexion, cela dans les domaines des parties pleines sollicités en traction, dans le bord extérieur. 6 Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les parties pleines ( 1) présentent des couches médianes direction longitudinale de la partie pleine concernée. 7 Elément selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il est prévu des couches extérieures ( 6) ayant une orientation de fibres de + 30 à + 600, notamment de + 45 ', par rapport à la direction longitudinale de la partie pleine concernée. 8 Elément selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que, dans les régions des parties pleines ( 1), les couches médianes ( 5 > occupent environ 50 % de l'épaisseur totale et les couches extérieures ( 6) occupent chacune environ 25 % de cette épaisseur totale, cette dernière étant notamment de l'ordre de 1,5 mm. 9 Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les couches de fibres des parties pleines ( 1) se raccordent chacune aux parties ajourées Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que, dans les parties pleines ( 1), les couches de fibres sont plus fortement comprimées et plus étroitement appliquées les unes contre les autres que dans les parties ajourées ( 2). 11 Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'en coupe longitudinale, les parties pleines ( 1 > se raccordent par une transition arrondie ( 3) aux parties ajourées ( 2). 12 Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que des couches de fibres supplémentaires ( 7) sont prévues dans les parties ajourées ( 2). 13 Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que des douilles sont insérées dans les trous de fixation. 14 Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que le tracé polygonal est hexagonal. Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait qu'au moins la moitié des parties ajourées, comportant les trous de fixation, est formée à partir d'un matériau façonnable par formage, dans des zones de raccordement s'y rattachant, sous la forme d'une partie d'arbre ou de bride présentant des doigts de bridage. 16 Elément selon la revendication 15, caractérisé par le fait qu'à chaque fois avec un décalage périmétrique, la moitié des parties ajourées, celle comportant les trous de fixation, est façonnée à partir d'un matériau façonnable par formage, cela dans l'une de deux zones de raccordement opposées rattachées sous forme de brides présentant des doigts de bridage.