Brevet FR2909925A1 — publié le 20080620

ROUE ARRIERE DE CYCLE L'invention est relative à une roue arrière de cycle comportant une jante reliée à un moyeu, monté rotatif sur un arbre, par deux nappes externes de rayons situées de part et d'autre du plan médian de la jante perpendiculaire à l'arbre de la roue. Une roue libre avec un ensemble de pignons à chaîne est généralement prévue pour la transmission d'un couple de propulsion des to pignons au moyeu. La présence de l'ensemble de pignons à chaîne, dont le nombre peut à l'heure actuelle atteindre jusqu'à dix pignons (nombre qui pourrait encore augmenter par le futur), à une extrémité axiale du moyeu entraîne généralement une asymétrie des deux nappes externes de rayons par rapport 15 au plan médian de symétrie de la jante. Cette asymétrie est prévue afin de loger la roue et l'ensemble des pignons à chaîne entre les extrémités des haubans du cadre de la bicyclette tout en assurant un centrage de la roue par rapport au cadre. En raison du couple moteur à transmettre, les rayons des nappes sont inclinés par rapport à la direction radiale ; en général, un rayon 20 d'une nappe externe croise au moins un autre rayon de la même nappe externe sur la roue arrière au moins. FR 2 736 869 décrit une roue arrière de cycle dans laquelle, malgré la présence de l'ensemble des pignons à chaîne, les deux nappes externes de rayons sont sensiblement symétriques par rapport au plan médian de la jante. 25 En outre, l'arbre de roue comporte d'un côté du plan médian une première zone, située vers l'extérieur par rapport à une première nappe de rayons adjacente, pour recevoir des pignons à chaîne et, de l'autre côté du plan médian, une deuxième zone symétrique de la première zone relativement au plan médian et située vers l'extérieur de la deuxième nappe de rayons 30 adjacente. La roue arrière peut ainsi être montée centrée entre les extrémités arrière d'un cadre de bicyclette symétrique. Un point important pour une roue arrière de cycle concerne l'équilibrage des tensions des rayons pour maintenir une rigidité latérale. Cette rigidité fait intervenir la composante de la tension des rayons parallèle à l'axe 35 géométrique de rotation de la roue. Il en résulte que plus l'implantation des rayons sur le moyeu est écartée du plan de symétrie, plus les rayons sont inclinés par rapport à l'axe de rotation de la roue. Ainsi pour une tension égale des rayons, la composante axiale sera plus élevée pour des rayons plus 2909925 2 inclinés relativement à l'axe de la roue. Une roue de cycle sera donc plus rigide latéralement, à tension égale de rayons, lorsque ceux-ci seront plus inclinés par rapport à l'axe géométrique de rotation. Cependant, la roue libre et les pignons à chaîne, généralement 5 montés du côté droit de la roue, limitent l'écartement possible des nappes de rayons. En effet, l'écartement des pattes arrière du cadre présente une valeur imposée, égale à 130 mm actuellement pour les vélos de route et à 135 mm pour les VTT, cette cote étant susceptible d'évoluer. Dans le cas d'un montage asymétrique des nappes externes, il y a io apparition d'un parapluie avec dissymétrie du rayonnage qui impose des tensions de rayons différentes à droite et à gauche de la jante, ou alors la suppression d'un certain nombre de rayons, du côté opposé aux pignons, sur la nappe de gauche pour laquelle les rayons sont plus inclinés sur l'axe de rotation. Cela entraîne des problèmes de stabilité de la roue dans le temps 15 lorsque cette roue est mise sous contrainte et cela nécessite généralement le collage des têtes de rayons. Ce problème est amplifié par la constante augmentation du nombre de pignons arrière, alors que la cote d'écartement des pattes arrière du cadre reste constante. 20 Une roue arrière conforme à FR 2 736 869 avec nappes de rayons sensiblement symétriques permet d'éviter les problèmes dus à l'asymétrie. Toutefois, l'écartement des nappes externes symétriques de rayons, par rapport au plan médian, se trouve réduit, et la tension des rayons doit être élevée pour assurer une bonne stabilité latérale de la roue. 25 La diminution de l'écartement des nappes externes symétriques est amplifiée par le fait que pour la transmission du couple au moins l'une des nappes externes de rayons, notamment la nappe externe située du côté roue libre, est croisée. Cette nappe comporte des rayons tracteurs transmettant le couple et des rayons pousseurs équilibrant l'action des trayons tracteurs. Le 30 croisement des rayons contribue à réduire l'écartement, par rapport au plan médian, de la nappe de rayons côté roue libre et, par conséquent, celui de l'autre nappe symétrique par rapport au plan médian. De plus, les rayons croisés sont plus ou moins tangents au moyeu ce qui peut augmenter le déséquilibre de tension des nappes par suite d'une 35 composante supplémentaire par rapport à un rayon radial. L'invention a pour but, surtout, de fournir une roue arrière de cycle qui, tout en présentant une bonne stabilité avec deux nappes externes de rayons implantées de manière sensiblement symétrique par rapport au plan de 2909925 3 la jante, assure une transmission efficace du couple moteur avec une bonne rigidité latérale, sans nécessiter une tension mécanique trop élevée des rayons. Selon l'invention, une roue arrière de cycle qui comporte une jante reliée à un moyeu, monté rotatif sur un arbre, par deux nappes externes de 5 rayons situées de part et d'autre du plan médian de la jante perpendiculaire à l'axe de rotation, l'arbre de la roue comportant d'un côté du plan médian une première zone, située vers l'extérieur par rapport à une première nappe de rayons adjacente, pour recevoir des pignons à chaîne et, de l'autre côté du plan médian, une deuxième zone d'étendue sensiblement symétrique de la première ~o zone relativement au plan médian et située vers l'extérieur par rapport à la deuxième nappe de rayons adjacente, les deux nappes externes de rayons étant implantées de manière sensiblement symétrique par rapport au plan médian de la jante, est caractérisée en ce que : - les rayons des deux nappes externes sont orientés essentiellement 15 radialement, sans croisement au sein d'une même nappe, - et une troisième nappe de rayons tracteurs inclinés par rapport à la direction radiale et reliant la jante au moyeu, est située entre les deux nappes externes pour transmettre le couple moteur. L'absence de croisement des rayons des deux nappes externes 20 permet un plus grand écartement axial de ces deux nappes qui peuvent ainsi assurer la rigidité latérale sans nécessiter une tension trop élevée des rayons, grâce à une meilleure orientation de la tension. La troisième nappe de rayons tracteurs ne "coûte" pas en place pour l'écartement des nappes externes. De plus, cette troisième nappe, prévue pour 25 transmettre le couple, est positionnée de façon optimale. De préférence, les rayons tracteurs sont situés dans le plan médian de la jante et sont tangents au moyeu ; l'intégralité de leur tension est utilisée pour transmettre le couple, dégageant ainsi le rayon d'un effort de cisaillement pour ne conserver qu'un effort de traction. 30 Généralement, les rayons tracteurs sont régulièrement répartis angulairement et leur nombre est compris entre 2 et 8, en particulier égal à 4. Les rayons tracteurs, ne participant pas à l'équilibre de la roue, peuvent être libres de toute tension de précontrainte. Les rayons tracteurs peuvent être collés, à au moins l'une de leurs extrémités, ou très légèrement 35 tendus pour éviter des nuisances sonores que pourraient créer des vibrations de ces rayons. L'absence de tension initiale, ou la faible intensité de celle-ci, sur les rayons tracteurs permet de s'affranchir de rayons pousseurs et offre un gain de poids substantiel. 2909925 4 Les rayons tracteurs n'influent pas sur la rigidité latérale de la roue, ce qui permet d'envisager des rayons souples et d'éviter les efforts de flexion nuisibles pour les rayons. Les rayons tracteurs peuvent être en fibres de carbone, matières 5 composites ou autres similaires. Les rayons tracteurs peuvent également être en métal tel que aluminium, alliage léger, ou acier inox Un autre avantage de ce concept est de dissocier les rayons qui transmettent le couple, des rayons responsables de la rigidité de la roue. Ainsi, la transmission du couple ne modifie pas, ou à un degré moindre, les tensions io dans les rayons des nappes externes, et ne modifie pas l'équilibre initial de la roue. Les rayons tracteurs peuvent être soumis à une tension de précontrainte juste suffisante pour empêcher un flottement du rayon. Les rayons des nappes externes sont soumis à une tension. Les 1s nappes externes ont généralement un même nombre de rayons, avantageusement égal à dix. Le nombre de rayons des nappes externes dépend notamment de la jante utilisée, du domaine d'utilisation de la roue, du cycliste. Les rayons des nappes externes peuvent être en aluminium, en 20 alliage léger, en acier inox ou en matériau composite. A une extrémité les rayons peuvent être vissés dans le moyeu tandis que leur autre extrémité peut comporter un trou taraudé pour recevoir une vis de liaison avec la jante. Le moyeu peut être en matériau composite. Généralement, le moyeu comporte deux zones d'attache extrêmes 25 pour les nappes externes et un moyen d'attache intermédiaire pour la troisième nappe, pour l'accrochage des trois nappes de rayons. Le moyen d'attache intermédiaire est de préférence équidistant des zones extrêmes et est situé dans le plan médian de la jante. Une roue arrière telle que définie précédemment est montée centrée 30 dans un cadre de bicyclette dont les pattes arrière sont symétriques par rapport au plan médian longitudinal du cadre. Le diamètre interne de la jante est inférieur à 800 mm. FR 2 855 096 montre une roue arrière de bicyclette avec deux nappes externes de rayons et une troisième nappe intermédiaire. II n'apparaît 35 pas que la roue arrière proposée par ce document permette un montage centré dans un cadre symétrique si les nappes externes sont symétriques. En outre, des rayons des nappes externes se croisent. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci- 2909925 5 dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins : 5 Fig. 1 est une coupe verticale schématique partielle d'une roue arrière avec nappes de rayons asymétriques, selon l'état de la technique. Fig. 2 est une coupe schématique partielle semblable à celle de Fig. 1 d'une roue arrière selon l'invention. Fig. 3 est une vue de côté d'une roue arrière de cycle selon ~o l'invention. Fig. 4 est une vue de côté d'une seule nappe externe de rayons de la roue de Fig. 3. Fig. 5 est une vue de côté de la seule troisième nappe de rayons tracteurs de la roue de Fig. 3. 15 Fig. 6 est un détail en coupe, à grande échelle, illustrant la fixation de l'extrémité supérieure taraudée d'un rayon de nappe externe. Fig. 7 est une vue en coupe, à grande échelle, d'un détail illustrant la fixation sur le moyeu, côté roue libre, de l'extrémité intérieure d'un rayon de nappe externe, et 20 Fig. 8 est une vue en coupe, à grande échelle, d'un détail illustrant la fixation sur le moyeu, côté opposé à la roue libre, de l'extrémité intérieure d'un rayon de nappe externe. En se reportant à Fig. 1, on peut voir, schématiquement représentée en coupe transversale verticale, une roue arrière Rc de bicyclette, selon l'état 25 de la technique, comportant, du côté droit vu de l'arrière de la bicyclette, une roue libre la sur laquelle peut être monté un ensemble de pignons, non représenté, qui peut atteindre jusqu'à dix pignons à une extrémité axiale d'un moyeu Ma. Deux nappes externes 2a, 3a de rayons sont disposées de part et d'autre du plan médian 4a de symétrie de la jante 5. La nappe 2a de rayons, du 3o côté opposé à la roue libre, forme un angle a avec le plan médian 4a. L'angle a est supérieur à l'angle f3 entre la nappe 3a de rayons située du côté de la roue libre et le plan médian 4a. Cette asyrnétrie des nappes 2a et 3a est prévue afin de loger la roue Rc et l'ensemble des pignons à chaîne montés sur la roue libre la entre les pattes arrière 6d, 6g d'un cadre de bicyclette symétrique tout en 35 assurant un centrage de la roue Rc par rapport au cadre. Autrement dit, le plan médian 4a de la jante 5 est confondu avec le plan vertical longitudinal médian du cadre. Les rayons des nappes 2a et 3a sont soumis, respectivement, à une 2909925 6 tension T2, T3. Les composantes de ces tensions suivant une direction parallèle à l'axe géométrique de rotation de la roue sont désignées par T2a et T3a. L'équilibrage de ces composantes T2a, T3a est nécessaire pour maintenir une bonne stabilité latérale de la roue. En raison de la différence d'inclinaison 5 des nappes 2a et 3a, pour assurer l'égalité des composantes, il faudra que la tension T3 soit supérieure à T2 selon un coefficient dépendant des angles a et R. Selon une autre possibilité, on prévoit des tensions égales dans chaque rayon des nappes 2a et 3a, mais le nombre de rayons de la nappe de gauche 2a est inférieur à celui de la nappe de droite 3a de telle sorte que la résultante to de toutes les composantes T3a d'un côté et T2a de l'autre côté soient égales en valeur absolue, mais opposées. En se reportant aux Fig. 2 et 3, on peut voir une roue arrière de cycle selon l'invention dans laquelle les deux nappes de rayons 2, 3 situées de part et d'autre du plan médian 4 de la jante 5 perpendiculaire à l'axe de rotation de la 15 roue, sont sensiblement symétriques par rapport à ce plan. Autrement dit, les nappes 2 et 3 forment avec le plan médian 4 des angles respectifs y2 et y3 sensiblement égaux, la différence entre ces deux angles étant au plus égale à 5 . A leur extrémité tournée vers le moyeu, les rayons des nappes 2 et 3 sont accrochées à des zones d'attache extrêmes J2, J3 du moyeu. Ces zones 20 d'attache peuvent être formées par des couronnes ou des disques orthogonaux à l'axe géométrique de rotation de la roue. Avantageusement, comme illustré sur Fig.2 , les zones d'attache J2, J3 sont intégrées dans le moyeu. L'arbre A de la roue comporte d'un côté du plan médian 4 une première zone Al située vers l'extérieur par rapport à la nappe 3 adjacente, 25 pour recevoir la roue libre 1 et les pignons à chaîne. De l'autre côté du plan médian 4, l'arbre A présente une deuxième zone A2 symétrique de la zone Al relativement au plan médian 4 et située vers l'extérieur par rapport à la deuxième nappe 2. Des moyens de butée B1, B2 sont prévus sur l'arbre A avec un écartement extérieur correspondant à celui des pattes arrière 6d, 6g du 30 cadre. Les rayons D (Fig. 3) des deux nappes externes 2, 3 sont orientés essentiellement radialement, de sorte que les rayons d'une même nappe ne se croisent pas. On gagne ainsi l'épaisseur du croisement habituel des rayons côté roue libre. L'absence de croisement des rayons permet d'augmenter 35 l'écartement au niveau de l'implantation des rayons sur le moyeu. On améliore donc la rigidité latérale de la roue à tension égale et nombre égal de rayons. Selon l'exemple de Fig. 3, les rayons D sont orientés exactement radialement. 2909925 7 Pour transmettre le couple moteur des pignons à chaîne à la jante 5, des rayons tracteurs K inclinés dans un sens approprié par rapport à la direction radiale forment une troisième nappe 7 de rayons située entre les deux nappes externes 2, 3 et reliant la jante 5 au moyeu M. Ce moyeu M est rigide 5 en torsion et permet de transmettre le couple moteur sans déformation angulaire sensible. Le moyeu M est avantageusement réalisé en matériau composite, c'est-à-dire en un matériau constitué de fibres de matière à haute résistance mécanique, par exemple fibres de carbone ou fibres de verre, noyées dans une résine époxy ou similaire. Le moyeu M comporte un moyen ~o d'attache intermédiaire J7 situé entre les flasques d'extrémité J2 et J3. Les rayons tracteurs K sont accrochés à ce moyen d'attache J7. Comme illustré sur Fig.2, le moyen d'attache J7 peut être intégré au moyeu M qui présente un plus grand diamètre au niveau de la nappe 7, avec des zones d'attache pour les extrémités radialement intérieures des rayons K. 15 Le diamètre d'attache des rayons tracteurs peut être plus grand ou moins grand que le diamètre d'attache des rayons radiaux, cela étant notamment fonction du nombre de rayons tracteurs. De préférence, la troisième nappe 7 et les rayons tracteurs K, sont situés dans le plan médian 4 de la jante. 20 L'inclinaison S (Fig. 3) d'un rayon tracteur K, par rapport à la direction radiale partant d'un même point du moyeu, se situe dans le sens opposé au sens de rotation F de la roue. Selon Fig. 3 le sens de rotation F de la roue est le sens d'horloge de sorte que l'inclinaison d'un rayon K se situe dans le sens opposé. Avantageusement, les rayons tracteurs K sont sensiblement tangents 25 au moyeu M. Les rayons tracteurs K sont généralement régulièrement répartis angulairement et leur nombre est généralement compris entre 2 et 8. De préférence le nombre de rayons tracteurs K est égal à 3 ou 4. Les rayons tracteurs K peuvent être libres de toute tension de 30 précontrainte. En variante, les rayons tracteurs peuvent être légèrement tendus, en l'absence de tout couple à transmettre, pour éviter les nuisances sonores que pourraient créer des vibrations de ces rayons. Les rayons tracteurs peuvent être collés à leurs deux extrémités. L'absence de tension ou la faible intensité de la tension des rayons tracteurs permet de s'affranchir de rayons pousseurs 35 et offre un gain de poids substantiel. Toutefois, si les rayons tracteurs K devaient être soumis à une tension de précontrainte nécessitant un équilibrage par des rayons pousseurs, les rayons d'au moins une des nappes externes 2 ou 3 pourraient être 2909925 8 faiblement inclinés par rapport à la direction radiale dans le sens assurant une poussée. En variante, les rayons pousseurs pourraient être faiblement inclinés sur la direction radiale avant que les rayons tracteurs ne soient soumis à la 5 tension de précontrainte. L'inclinaison serait choisie de telle sorte que les rayons pousseurs seraient rappelés en position radiale sous précontrainte, lorsque la tension de précontrainte serait appliquée aux rayons tracteurs. Les rayons tracteurs K n'influent pas sur la rigidité latérale de la roue, ce qui permet d'envisager des rayons tracteurs souples et d'éviter les efforts de ~o flexion nuisibles pour les rayons. Les rayons tracteurs K peuvent être réalisés en fibres de carbone, matières composites ou autres similaires, mais également en métal tel que aluminium, alliage léger ou acier inox. Un avantage du concept de roue arrière selon l'invention est de 1s dissocier les rayons K qui transmettent le couple et les rayons D responsables de la rigidité de la roue. La transmission du couple ne modifie pas, ou ne modifie que très légèrement, les tensions dans les rayons D des nappes externes, et l'équilibre initial de la roue n'est pas modifié. Les rayons D des nappes externes 2 et 3 sont soumis à une tension. 20 Les nappes externes 2 et 3 ont un même nombre de rayons, avantageusement égal à dix. Les rayons D des nappes externes peuvent être réalisés en aluminium, en alliage léger, en acier inox, ou en matériau composite. Selon un exemple de réalisation, l'extrémité du rayon D éloignée du moyeu M comporte 25 un trou taraudé 8 (Fig.6) prévu pour recevoir une vis 9 de liaison avec la jante, la tête de la vis se trouvant du côté de la jante 5 opposé aux rayons. L'extrémité 10 des rayons voisine de l'axe de rotation de la roue est filetée et vissée, du côté de la roue libre, dans un trou taraudé 11 (Fig.7) d'une collerette 12 du moyeu et, du côté opposé à la roue libre (Fig.8), dans un trou taraudé 13 d'un 30 renflement 14 du moyeu. En variante, les rayons D peuvent être réalisés en matériau composite. La jante 5 peut être réalisée en aluminium ou alliage léger, ou en matériau composite. 20 REVENDICATIONS 1. Roue arrière de cycle comportant une jante reliée à un moyeu, monté rotatif sur un arbre (A), par deux nappes externes (2,3) de rayons situées de part et d'autre du plan médian de la jante perpendiculaire à l'axe de rotation, l'arbre (A) de la roue comportant d'un côté du plan médian une première zone (Al), située vers l'extérieur par rapport à une première nappe (3) de rayons adjacente, pour recevoir des pignons à chaîne et, de l'autre côté du plan médian, une deuxième zone (A2) d'étendue sensiblement symétrique de la première zone relativement ~o au plan médian et située vers l'extérieur par rapport à la deuxième nappe (2) de rayons adjacente, caractérisée en ce que : - les rayons (D) des deux nappes externes (2,3) sont orientés essentiellement radialement, sans croisement au sein d'une même nappe, - et une troisième nappe (7) de rayons tracteurs (K) inclinés par rapport à 15 la direction radiale et reliant la jante au moyeu, est située entre les deux nappes externes pour transmettre le couple moteur. 2. Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que les rayons tracteurs (K) sont situés dans le plan médian (4) de la jante. 3. Roue selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les rayons tracteurs (K) sont tangents au moyeu (M). 4. Roue selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée 25 en ce que les rayons tracteurs (K) sont régulièrement répartis angulairement. 5. Roue selon la revendication 4, caractérisée en ce que le nombre de rayons tracteurs (K) est compris entre 2 et 8, en particulier égal à 4. 30 6. Roue selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les rayons tracteurs (K) sont libres de toute tension de précontrainte. 7. Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les rayons tracteurs sont soumis à une tension de précontrainte juste 35 suffisante pour empêcher un flottement du rayon. 8. Roue selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les rayons (D) des nappes externes (2,3) sont soumis à une tension. 2909925 i0 9. Roue selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les nappes externes (2,3) ont un même nombre de rayons, en particulier égal à dix. 5 10. Roue selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les rayons des nappes externes (2,3) sont en aluminium ou alliage léger, et à une extrémité sont vissés dans le moyeu (M) tandis que leur autre extrémité comporte un trou taraudé pour recevoir une vis de liaison avec la jante. i0 11. Roue selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moyeu est en matériau composite. 12. Roue selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée 15 en ce qu'elle est montée centrée dans un cadre de bicyclette dont les pattes arrière (6d, 6g) sont symétriques par rapport au plan médian longitudinal du cadre.