Brevet FR2696513A1 — publié le 19940408

La présente invention concerne un organe mécanique de forme générale tubulaire. L'invention concerne plus particulièrement un arbre de transmission, notamment de véhicule automobile, appelé couramment arbre composite, c'est-à-dire un tube en matériau synthétique renforcé de fibres. Les extrémités du tube composite sont en général chacune équipées d'un embout comportant une portion intérieure dont la section externe est complémentaire de la section interne de la portion d'extrémité du tube et qui est reçue dans cette dernière. Ces sections sont par exemple cylindriques circu- laires. La technique de l'emmanchement à force de l'embout dans le tube permet notamment, conformément aux enseigne- ments du document FR-A-2 620 182, d'assurer de manière efficace et fiable la transmission du couple entre l'embout et le tube composite. A cet effet, la longueur de la portion intérieure de l'embout emmanchée à l'intérieur de la portion d'extrémité du tube est par exemple de 40 mm pour un diamètre intérieur de la portion d'extrémité du tube d'environ 80 mm. Lorsqu'un tel arbre de transmission est utilisé en position longitudinale sur un véhicule du type à propul- sion ou à quatre roues motrices, il peut être nécessaire de s'assurer que l'embout ne puisse pas être déboîté du tube dans le cas o l'arbre de transmission serait soumis à des efforts de traction axiale inhabituels, résultant par exemple du blocage d'un composant complémentaire de la transmission tel qu'un joint coulissant, ou une coulisse à cannelures. La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un organe mécanique allongé de forme tubulaire dont la conception de l'assemblage entre l'embout et la portion d'extrémité du tube permet d'assurer de manière fiable une retenue axiale du tube par rapport à l'embout. A cet effet, l'invention propose un organe mécani- que, notamment de véhicule automobile, du type comportant un tube en matériau synthétique renforcé de fibres et dont au moins une extrémité est équipée d'un embout métallique dont une portion est reçue à l'intérieur de la portion d'extrémité du tube, caractérisé en ce que la surface cylindrique extérieure de la portion de l'embout est étagée et comporte un premier tronçon dont le diamètre extérieur est supérieur au diamètre intérieur d'un premier tronçon de la portion d'extrémité du tube dans lequel il est reçu, et un second tronçon dont le diamètre extérieur est réduit et est inférieur ou égal au diamètre intérieur d'un second tronçon de la portion d'extrémité du tube qui, en position assemblée, s'étend axialement en regard du second tronçon de la portion étagée de l'embout. Selon d'autres caractéristiques de l'invention les premier et second tronçons de la portion étagée de l'embout sont deux tronçons consécutifs qui sont séparés par un épaulement sensiblement radial; les diamètres intérieurs des premier et second tronçons de la portion d'extrémité du tube sont égaux; le diamètre intérieur du premier tronçon du tube est supérieur au diamètre intérieur du second tronçon du tube, ces deux tronçons étant séparés par un épaulement sensiblement radial; les fibres de renfort du second tronçon de la portion d'extrémité du tube sont enroulées selon un angle d'enroulement, mesuré par rapport à la direction longitu- dinale du tube, supérieur à 750, de préférence égal à 900; les fibres de renfort du premier tronçon de la portion d'extrémité du tube sont enroulées selon un angle d'enroulement, mesuré par rapport à la direction longitu- dinale du tube, supérieur à 75 , de préférence égal à 90 ; la portion d'extrémité du tube est d'épaisseur constante; le tube comporte une partie de paroi principale s'étendant sur toute sa longueur et dont les fibres de renfort sont enroulées selon un angle d'enroulement, mesuré par rapport à la direction longitudinale du tube, qui est de préférence compris entre O et 450, la portion d'extrémité du tube comportant au moins une partie de paroi supplémentaire dont les fibres de renfort sont enroulées selon un angle d'enroulement, mesuré par rapport à la direction longitudinale du tube, supérieur à 750, de préférence égal à 900; la partie de paroi supplémentaire s'étend sur toute la longueur de la portion d'extrémité du tube; la partie de paroi supplémentaire s'étend sensiblement sur toute la longueur du second tronçon; la partie de paroi supplémentaire s'étend à l'extérieur de la partie de paroi principale du tube; l'épaisseur de la partie de paroi supplémentaire est sensiblement constante; l'épaisseur de la partie de paroi supplémentaire s'étend sur la longueur du second tronçon est supérieure à l'épaisseur de la partie de paroi supplémentaire qui s'étend sur la longueur du premier tronçon; la partie de paroi supplémentaire s'étend à l'intérieur de la partie de paroi principale du tube; ladite surface cylindrique étagée est de section circulaire et/ou polygonale. 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 une vue partielle en section axiale d'un premier mode de réalisation d'un embout pour la réalisation d'un arbre de transmission; la figure 2 est une vue partielle en section axiale d'un premier mode de réalisation de la portion d'extrémité du tube composite prévue pour être assemblé avec l'embout de la figure 1; la figure 3 est une vue en section axiale illustrant l'embout de la figure 1 et la portion d'extré- mité de tube de la figure 2 en position assemblée; es f igures 4 à 6 sont des vues similaires à celles des figures 1 à 3 illustrant une première variante de réalisation; les figures 7 et 8 sont des vues similaires à celles des figures 1 et 2 illustrant une seconde variante de réalisation; les figures 9 et 10 sont des vues similaires à celles des figures 1 et 2 illustrant une troisième variante de réalisation. On a représenté à la figure 1 un embout métallique qui est une pièce de révolution autour d'un axe X-X et qui comporte une portion tubulaire cylindrique 12 qui est prévue pour être reçue à l'intérieur de la portion d'extrémité du tube composite 14 illustré à la figure 2. La portion intérieure 12 de l'embout 10 est constituée par un tronçon principal TPE, un premier tronçon d'assemblage Ti E et un second tronçon d'assem- blage T 2 E. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le premier tronçon Ti E se présente sous la forme d'un collet radial extérieur dont le diamètre extérieur D El est supérieur du diamètre extérieur DE 2 du second tronçon T 2 E. Les deux tronçons consécutifs Tl E et T 2 E consti- tuent une portion étagée de la surface cylindrique extérieure de la portion 12 de l'embout et ils sont séparés par un épaulement radial 16. Le premier tronçon Tl E et le tronçon principal TPE sont reliés entre eux par un chanfrein d'introduction 18. Le tube composite 14 illustré à la figure 2 est un tube cylindrique réalisé à partir d'une matrice en matériau synthétique, par exemple thermoplastique ou thermodurcissable, renforcé de fibres continues et réalisé par exemple par enroulement filamentaire. Le tube 14 comporte un tronçon principal TPT qui s'étend sensiblement sur toute la longueur du tube, la portion d'extrémité du tube 14 prévue pour être reliée à l'embout 10 comportant deux tronçons consécutifs Tl T et T 2 T. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, le diamètre intérieur du tube 14 est constant sur toute sa longueur de telle sorte que le diamètre intérieur DIP du tronçon principal TPT est égal au diamètre intérieur DI 1 du premier tronçon Tl T et au diamètre intérieur DI 2 du second tronçon T 2 T. Dans ce même mode de réalisation, l'épaisseur e P du tronçon principale est égale à l'épaisseur el du premier tronçon Tl T et est inférieure à l'épaisseur e 2 du second tronçon T 2 T. Conformément à l'invention, les relations dimen- sionnelles sont telles que D El > DI 1 DE 2 Dl I = DI 2 = DIP e P = el En position assemblée, et comme cela est illustré à la figure 3, la coopération des premiers tronçons Tl T et Tl E constitue donc un emmanchement à force qui peut permettre d'assurer la transmission du couple entre les deux éléments comme cela est connu par exemple du document FR-A-2 620 182. La transmission de couple s'effectue donc dans la zone d'interférence Tl des diamètres D El et DI 1. Afin d'augmenter les capacités de transmission de couple, le diamètre extérieur DEP du tronçon TPE de l'embout peut également être choisi avec une valeur supérieure au diamètre intérieur DIP du tronçon principal TPT du tube 14. Le second tronçon T 2 T du tube 14 s'étend en regard du second tronçon T 2 E de l'embout au-delà de l'épaulement radial 16 et sans effet de serrage radial de manière à constituer une retenue axiale de la portion d'extrémité du tube 14 par rapport à l'embout 10 conformément aux enseignements de l'invention. Du fait qu'il n'existe aucune interférence entre les diamètres DE 2 et D 12 des seconds tronçons T 2 E et T 2 T, dans la zone T 2, le tronçon T 2 T de la portion d'extrémité du tube 14 ne sera soumis à aucun effort de fluage, en fonctionnement de l'arbre sous couple, et ce tronçon conservera toutes ses capacités d'élasticité pour, le cas échéant, résister aux efforts de traction qui tendraient à séparer l'embout 10 et le tube 14. L'association d'un tube en matériau composite avec un embout métallique est particulièrement avantageuse pour assurer simultanément la transmission du couple et la fonction de retenue axiale dans la mesure o le domaine élastique du matériau constitutif du tube est très étendu et permet, lors de l'emmanchement à force, le passage du second tronçon T 2 T au-delà du premier tronçon Tl E sans que les caractéristiques du matériau ne soient affectées Lors de cette opération d'emmanchement, la totalité du domaine élastique est utilisable. Le choix du matériau composite est également particulièrement avantageux dans la mesure o la valeur de la limite élastique du matériau est sensiblement égale à la valeur de rupture des fibres de renfort. De plus, la réalisation de l'embout est particuliè- rement simple dans la mesure o il suffit de garantir que les diamètres D El et DI 1 diffèrent de 0,5 à 0,6 mm, pour un diamètre moyen compris entre 70 et 80 mm, ce qui ne nécessite que des opérations d'usinage simples de la surface cylindrique extérieure étagée de l'embout, par exemple par tournage. Par comparaison, dans le cas d'emmanchement d'un embout métallique dans un tube métallique, il est nécessaire d'assurer une interférence diamétrale de l'ordre de un centième de mm avec les difficultés d'usinage des deux éléments qui en résultent. Le tube composite 14 est en général réalisé à l'aide de fibres de renfort, en matériau polyamide ou en carbone, dont l'angle d'enroulement, mesuré par rapport à l'axe longitudinal Y-Y du tube, est par exemple compris entre O et 45 en fonction des capacités de torsion et de flexion que l'on souhaite conférer au tube. Le tube comporte ainsi, sur toute sa longueur, une partie principale de paroi principale d'épaisseur sensiblement constante e P dans laquelle les fibres sont orientées avec un angle faible. Toutefois, et afin d'augmenter les performances de transmission de couple et de retenue axiale, il peut être souhaitable, dans la zone du tronçon Tl T et/ou du tronçon T 2 T d'orienter les fibres avec un angle d'enroulement nettement plus élevé, supérieur à 75 et de préférence égal à 90 . Cette modification de l'orientation des fibres peut se faire à épaisseur constante, lors du processus de réalisation du tube par la technique d'enroulement filamentaire, et/ou en accroissant l'épaisseur du tube dans sa portion d'extrémité de manière à constituer une partie de paroi supplémentaire qui, dans l'exemple illustré à la figure 2, est une partie de paroi supplé- mentaire cylindrique annulaire extérieure qui entoure la partie de paroi principale et qui correspond à la différence d'épaisseur e 2 el. Le premier tronçon Tl T possède une épaisseur égale à l'épaisseur du tronçon principal TPT mais ses fibres sont orientées sensiblement à 900. Dans la variante de réalisation illustrée aux figures 4 à 6, la portion intérieure 12 de l'embout 10 n'est constituée que par les deux tronçons consécutifs Tl E et T 2 E. La portion d'extrémité du tube 14 est constituée par deux tronçons consécutifs Tl T et T 2 T dont les épaisseurs el et e 2 sont égales et supérieures à l'épais- seur e P du tronçon principal TPT, tandis que les diamè- tres intérieurs DI 1 et DI 2 des deux tronçons sont égaux au diamètre intérieur DIP. Conformément à l'invention, et comme dans le cas du premier mode de réalisation D El > DI 1 DE 2 Dans cette première variante de réalisation, la portion d'extrémité du tube 14 comporte donc également une partie de paroi supplémentaire extérieure correspon- dant à la différence d'épaisseurs e 2 (ou el) e P. Dans cette variante, l'extrémité libre 19 du tube 14 est également agencée en regard d'un épaulement radial extérieur 20 de l'embout 10 avec laquelle elle est susceptible de coopérer pour faciliter la transmission d'efforts axiaux tendant à solliciter le tube 14 en compression axiale. Dans la seconde variante de réalisation illustrée aux figures 7 et 8, l'embout est de conception identique à celle de l'embout illustré à la figure 4 tandis que les épaisseurs des tronçons du tube 14 sont telles que e P DI 1 = DIP DI 2 D El > DI 1 DE 2 Le second tronçon T 2 T comporte donc ainsi une portion de paroi supplémentaire intérieure qui coopère avec l'épaulement 16 pour assurer la fonction de retenue axiale. Le premier tronçon Tl T possède quant à lui une portion de paroi supplémentaire extérieure correspondant à la différence d'épaisseurs el e P, cette portion de paroi supplémentaire extérieure se prolongeant également axialement au niveau du second tronçon T 2 T. Dans les diverses variantes qui viennent d'être décrites, les sections complémentaires de l'embout et du tube sont circulaires. L'invention n'est bien entendu pas limitée à ce type de section, la directrice des tronçons cylindriques associés pouvant par exemple être polygonale de manière à assurer la fonction de transmission du couple. Dans ce cas, les notions de diamètres telles qu'elles ont été employées dans ce qui précède, doivent être interprétées de manière correspondante, c 'est-à-dire en termes de différences dimensionnelles entre des formes complémentaires aboutissant au même effet technique de retenue axiale. L'invention n'est pas limitée au cas d'un arbre de transmission de couple, mais trouve également à S appli- quer à tout type d'organe mécanique tubulaire, tel que par exemple un tube de réaction, une bielle, une barre de torsion, une poutre travaillant à la flexion, etc. il REVENDICATIONS 1 Organe tubulaire, du type comportant un tube ( 14) en matériau synthétique renforcé de fibres et dont au moins une extrémité est équipée d'un embout métallique ( 10) dont une portion ( 12) est reçue à l'intérieur de la portion d'extrémité du tube, caractérisé en ce que la surface cylindrique extérieure de la portion ( 12) de l'embout est égagée et comporte un premier tronçon (Tl E) dont le diamètre extérieur (DE 2) est supérieur au diamètre intérieur (D Il) d'un premier tronçon (Tl T) de la portion d'extrémité du tube dans lequel il est reçu, et un second tronçon (T 2 E) dont le diamètre extérieur (DE 2) est réduit et inférieur ou égal au diamètre intérieur (DI 2) d'un second tronçon (T 2 T) de la portion d'extrémité du tube qui, en position assemblée, s'étend axialement en regard du second tronçon (T 2 E) de la portion étagée de l'embout ( 10). 2 Organe tubulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier (Tl E) et second (T 2 E) tronçons de la portion étagée de l'embout ( 10) sont deux tronçons consécutifs qui sont séparés par un épaulement sensiblement radial ( 16). 3 Organe tubulaire selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les diamètres intérieurs (DI 1, DI 2) des premier et second tronçons (Tl T, T 2 T) de la portion d'extrémité du tube ( 14) sont égaux. 4 Organe tubulaire selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le diamètre intérieur (D Il) du premier tronçon (Tl T) du tube ( 14) est supérieur au diamètre intérieur (DI 2) du second tronçon du tube (T 2 T), ces tronçons étant séparés par un épaulement sensiblement radial ( 16). Organe tubulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres de renfort du second tronçon (T 2 T) de la portion d'extrémité du tube ( 14) sont enroulées selon un angle d'enroulement, mesuré par rapport à la direction longitu- dinale du tube, supérieur à 750, de préférence égal à 900. 6 Organe tubulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres de renfort du premier tronçon (Tl T) de la portion d'extrémité du tube ( 14) sont enroulées selon un angle d'enroulement, mesuré par rapport à la direction longitu- dinale du tube, supérieur à 750, de préférence égal à . 7 Organe tubulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la portion d'extrémité du tube est d'épaisseur (el, e 2) constante. 8 Organe tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le tube ( 14) comporte une partie de paroi principale s'étendant sur toute sa longueur (TPT) et dont les fibres de renfort sont enroulées selon un angle d'enroulement, mesuré par rapport à la direction longitudinale du tube, qui est de préférence compris entre O et 450, et en ce que la portion d'extrémité du tube ( 14) comporte au moins une partie de paroi supplémentaire dont les fibres de renfort sont enroulées selon un angle d'enroulement supérieur à 750, de préférence égal à 90 . 9 Organe tubulaire selon la revendication 8, caractérisé en ce que la partie de paroi supplémentaire s'étend sur toute la longueur de la portion d'extrémité du tube. Organe tubulaire selon la revendication 8, caractérisé en ce que la partie de paroi supplémentaire s'étend sensiblement sur toute la longueur du second tronçon (T 2 T). 11 Organe tubulaire selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que la partie de paroi supplémentaire s'étend à l'extérieur de la partie de paroi principale du tube ( 14). 12 Organe tubulaire selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que l'épaisseur de la partie de paroi supplémentaire est sensiblement constante. 13 Organe tubulaire selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que l'épaisseur de la partie de paroi supplémentaire qui s'étend sur la longueur du second tronçon (T 2 T) est supérieure à l'épaisseur de la partie de paroi supplémentaire qui s'étend sur la longueur du premier tronçon (Tl T) du tube ( 14). 14 Organe tubulaire selon la revendication 10, caractérisé en ce que la partie de paroi supplémentaire s'étend à l'intérieur de la partie de paroi principale du tube. 15 Organe tubulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite surface cylindrique est de section circulaire. 16 Organe tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que ladite surface cylindrique est de section polygonale.