Brevet FR2692327A1 — publié le 19931217

La présente invention concerne un arbre rotatif, et notamment un arbre qui permet la transmission d'un couple entre un organe menant et un organe mené. L'invention concerne notamment un arbre longitudi- nal de véhicule automobile du type comportant un tube dont les extrémités axiales opposées sont reliées respectivement à un organe menant et à un organe mené. De tels arbres de transmission sont utilisés pour transmettre la puissance aux roues arrières d'un véhicule à propulsion à moteur situé à l'avant, ainsi que dans les véhicules à quatre roues motrices pour transmettre la puissance en direction de l'un des deux essieux moteurs. Il est connu de réaliser l'arbre de transmission sous la forme d'un tube métallique, ou de structure composite à base de matériau synthétique obtenue notam- ment par la technique de l'enroulement filamentaire. On constate toutefois que la fréquence propre de flexion de ces arbres tubulaires est insuffisante compte tenu des excitations auxquelles ils sont soumis. L'invention a pour but de proposer un arbre de ce type dont la fréquence propre de flexion soit augmentée et qui présente des capacités accrues d'amortissement. Dans ce but, l'invention propose un arbre rotatif du type comportant un tube dont les extrémités axiales opposées sont reliées respectivement à un organe menant et à un organe mené, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un tirant qui relie entre elles deux portions du tube espacées axialement et qui est incliné par rapport à l'axe de rotation de l'arbre. Selon d'autres caractéristiques de l'invention les deux extrémités du tirant sont situées dans un plan contenant l'axe de rotation de l'arbre; les deux plans contenant l'axe de rotation de l'arbre et contenant chacun respectivement une des deux extrémités du tirant sont décalés angulairement l'un par rapport à l'autre; le tirant est agencé à l'intérieur du tube; le tube comporte un collet qui fait saillie radialement et dont la surface périphérique constitue l'une des portions du tube à laquelle est relié le ti- rant; une première extrémité du tirant est reliée au tube au voisinage de l'une des extrémités axiales du tube et la seconde extrémité du tirant est reliée à la surface périphérique du collet; le tirant est une partie d'un fil de renfort dont les extrémités opposées sont reliées au tube; l'arbre comporte une série de fils de renfort dont les extrémités reliées à une même portion du tube sont réparties angulairement de manière régulière autour de l'axe du tube; chaque fil de renfort est soumis à une précharge de traction; une portion intermédiaire de chaque fil de renfort coopère avec une portion intermédiaire du tube de manière que chaque fil constitue deux tirants; la portion intermédiaire du fil de renfort coopère avec une portion de la surface périphérique d'une pièce intermédiaire fixée au tube, constituée par exemple par le collet radial; le tube comporte plusieurs tirants répartis régulièrement autour de l'axe de rotation de l'arbre. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront à la lecture de la description détail- lée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est un schéma illustrant un premier mode de réalisation d'un arbre de transmission réalisé conformément aux enseignements de l'invention; la figure 2 est un schéma illustrant un second mode de réalisation; la figure 3 est un schéma illustrant un troisième mode de réalisation; la figure 4 est un graphique illustrant la valeur de l'effort de traction dans un fil de renfort; et la figure 5 est un graphique similaire à celui de la figure 4 illustrant la valeur de l'effort de traction dans un fil de renfort préchargé. L'arbre 10, d'axe de rotation X-X, illustré à la figure 1, est constitué par un tube cylindrique 12. Selon une technique connue, le tube 12 peut par exemple être réalisé en matériau synthétique et notamment par la technique d'enroulement filamentaire avec une matrice en résine thermodurcissable. Afin d'augmenter la fréquence propre de flexion du tube 12 et ses capacités d'amortissement, l'invention propose de réaliser une structure de renfort constituée par une série de fils ou filins de renfort 14 de manière à constituer des tirants travaillant à la traction en réponse aux déformations subies par le tube. A cet effet, le tube 12 comporte par exemple un collet 16 qui s'étend radialement à l'intérieur du tube et qui délimite une surface périphérique ou bord interne 18. Le collet 16 peut par exemple être réalisé sous la forme d'une rondelle emmanchée à force dans la surface périphérique interne cylindrique 20 du tube 12 et disposée sensiblement à mi-longueur du tube. Les deux extrémités axiales opposées 22 et 24 d'un fil 14 sont fixées axialement, par tout moyen convenable, aux extrémités axiales correspondantes 26 et 28 du tube 12. La portion intermédiaire du fil 14 prend appui sur la surface périphérique 18 du collet radial intérieur 16. Le fil 14 est fixé aux extrémités 26 et 28 du tube 12, de préférence avec une précharge en tension. Chaque fil 14 constitue ainsi deux tirants 30 et 32 qui, lors de la rotation de l'arbre 10, et en fonction des excitations auxquelles il est soumis, sont sollicités à la traction. La structure de renfort est constituée par une série de fils de renfort 14 qui sont répartis régulière- ment autour de l'axe X-X de manière à constituer par exemple une structure en nappe. Les extrémités axiales opposées 22 et 24 de chaque fil de renfort peuvent être situées dans un même plan contenant l'axe X-X, ou dans deux plans décalés angulai- rement autour de cet axe. De même, le point de contact entre la portion intermédiaire du fil 14 avec la surface périphérique 18 peut être situé dans un plan contenant l'axe X-X et l'une et/ou l'autre des deux extrémités axiales opposées du fil 14, ou dans un plan décalé angulairement par rapport à ces extrémités Dans ce cas, la surface périphérique 18 peut comporter des encoches axiales permettant de réaliser l'orientation angulaire de la nappe de fils. Le collet 16 pourrait de même être réalisé sous la forme d'une paroi en forme de disque comportant une série de trous, par exemple agencés sur un cercle centré sur l'axe X-X à travers lesquels passent les fils de renfort 14 Le collet 16 pourrait également être remplacé par une pièce en forme d'étoile comportant une série d'encoches formées respectivement aux extrémités des branches de l'étoile. Dans la variante de réalisation illustrée à la figure 2, le collet radial 16 est agencé à l'extérieur du tube 12 Selon les positions respectives, pour chaque fil de renfort 14, des extrémités axiales opposées 22 et 24 et du point de contact avec la surface périphérique 18 du collet 16, la nappe des fils de renfort 14 peut présenter sensiblement la forme d'un diabolo constitué par deux cônes dans le prolongement l'un de l'autre, ou la forme d'un hyperboloïde de révolution. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 3, le tube 12 comporte un disque interne 34, agencé sensi- blement à mi-longueur du tube, dont la surface périphéri- que 36 coopère avec la surface cylindrique interne 20 du tube 12 et comporte par exemple des encoches axiales dans lesquelles passent les fils de renfort 14 de façon que chaque fil 14 constitue deux tirants consécutifs 30 et 32 susceptibles d'être sollicités en traction en fonction de la déformation radiale résultant de la flexion du tube lors de sa rotation. Dans ce mode de réalisation illustré à la figure 3, les fils de renfort 14 sont en nappe croisée, les fils pouvant s'étendre dans des plans contenant l'axe X-X, ou dans des plans décalés par rapport à cet axe. On a illustré à la figure 4 une courbe Cl illus- trant la variation de la valeur de l'effort de traction T auquel est soumis un fil 14 en fonction de l'angle A de rotation de l'arbre de transmission. Comme on peut le constater sur cette figure, chaque fil est soumis cycliquement à un effort de traction durant la moitié de la rotation du tube. La courbe Cl correspond à des fils agencés dans des plans contenant l'axe X-X, tandis que la courbe C 2 correspond à des fils agencés dans des plans décalés, cet agencement permettant, comme on peut le voir à la figure 4, d'augmenter la plage angulaire au cours de laquelle les fils 14 assurent leur fonction de tirants. Si les fils sont soumis à une précharge qui les maintient en traction, indépendamment des efforts auxquels ils sont soumis en réponse aux déformations du tube, la courbe Cl prend la forme illustrée à la figure sur laquelle on a indiqué la valeur P de la précharge de traction des fils. Selon un mode de réalisation qui n'a pas été illustré sur les figures, il est possible de réaliser la structure de renfort sous la forme d'un élément rigide en forme de diabolo, réalisé par exemple au moyen de la technique d'enroulement f ilamentaire, en forme bi-conique ou d'hyperboloïde de révolution qui est introduit à l'intérieur du tube 12 de manière que ses deux extrémités axiales opposées soient constituées par des surfaces annulaires cylindriques emmanchées dans la surface cylindrique interne 20 du tube 12. Dans le cas d'une réalisation par nappe de fils de renfort, il est possible de réaliser la précontrainte ou précharge en traction des fils en provoquant une rotation d'une des extrémités du tube par rapport à l'autre qui permet d'obtenir également un décalage des tirants par rapport aux plans contenant l'axe de rotation. De même, en fonctionnement, lorsque 1 ' arbre de transmission est soumis à des couples importants à transmettre, il subit un effet de torsion autour de son axe qui a pour effet d'augmenter la précharge en traction des fils de renfort lorsque ceux-ci ont été initialement orientés convenablement dans des plans décalés par rapport à l'axe de rotation. Selon différentes variantes qui n'ont pas été illustrées sur les figures, il est par exemple possible de prévoir que les tirants, par exemple réalisés sous la forme de fils de renfort, traversent la paroi cylindrique 12 du tube, le collet radial extérieur illustré à la figure 2 pouvant dans ce cas être remplacé par une pièce en forme d'étoile. Le motif longitudinal illustré à la figure 3 qui est symétrique par rapport au plan médian contenant le disque 34 peut également être répété plusieurs fois le long du tube. Lorsque le tube comporte un collet radial exté- rieur, ou une pièce de forme équivalente assurant la même fonction, il est également possible d'utiliser cette pièce pour être reçue dans un palier support de rotation pour l'arbre tournant, et notamment lorsque celui-ci est de grande longueur. Lorsque le tube est réalisé selon la technique de l'enroulement filamentaire, il est possible d'utiliser certaines portions des fils enroulés pour réaliser les fils de renfort constituant les tirants, ces portions n'étant pas noyées dans la matrice en matériau synthé- tique. L'invention a été décrite en référence à des dessins sur lesquels le tube est cylindrique et de section circulaire constante. L'invention n'est bien entendu pas limitée à ces modes de réalisation. Le tube peut par exemple être non cylindrique tel que conique ou bi-conique. Le tube cylindrique peut également être de section non circulaire. REVENDICATIONS 1 Arbre rotatif ( 10) du type comportant un tube ( 12) dont les extrémités axiales opposées ( 26, 28) sont reliées respectivement à un organe menant et à un organe mené, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un tirant ( 30, 32) qui relie entre elles deux portions du tube espacées axialement et qui est incliné par rapport à l'axe X-X de rotation de l'arbre. 2 Arbre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux extrémités du tirant sont situées dans un plan contenant l'axe de rotation de l'arbre. 3 Arbre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux plans contenant l'axe de rotation de l'arbre et contenant chacun respectivement une des deux extrémités du tirant sont décalés angulairement l'un par rapport à l'autre. 4 Arbre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tirant est agencé à l'intérieur du tube ( 12). 5 Arbre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube comporte un collet ( 16) qui fait saillie radialement et dont la surface périphérique ( 18) constitue l'une desdites portions du tube à laquelle est relié le tirant ( 30, 32). 6 Arbre selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une première extrémité du tirant ( 22, 24) est reliée au tube ( 12) au voisinage de l'une des extrémités axiales ( 26, 28) du tube, et en ce que la seconde extrémité du tirant est reliée à la surface périphérique ( 18) du collet ( 16). 7 Arbre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tirant est une partie d'un fil de renfort dont les extrémités opposées sont reliées au tube. 8 Arbre selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte une série de fils de renfort dont les extrémités reliées à une même portion du tube sont réparties angulairement de manière régulière autour de l'axe du tube. 9 Arbre selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que chaque fil de renfort ( 14) est soumis à une précharge de traction (P). Arbre selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'une portion intermédiaire de chaque fil coopère avec une portion intermédiaire du tube de manière que chaque fil constitue deux tirants. 11 Arbre selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite portion intermédiaire du fil de renfort coopère avec une portion de la surface périphérique ( 18) d'une pièce intermédiaire ( 16) fixée au tube. 12 Arbre selon la revendication 11 prise en combinaison avec la revendication 5, caractérisé en ce que le collet radial constitue ladite pièce intermédiai- re. 13 Arbre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs tirants répartis régulièrement autour de l'axe de rotation de l'arbre. 14 Arbre selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que le tube est réalisé par la technique de l'enroulement filamentaire, et en ce que les fils de renfort sont constitués par des portions de fils de l'enroulement.