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Flèche télescopique pour grue automobile ou appareil analogue.
La présente invention concerne une flèche télescopique pour grue automobile ou appareil analogue, constituée d'une pièce d'articulation extérieure, montée à pivot sur un véhicule ou sur le châssis de celui-ci, dans laquelle plusieurs viroles télescopiques sont fixées avec possibilité de sortie et de rétraction, chaque virole étant pourvue de supports pour la virole glissant dans celle-ci et pouvant être verrouillée à cette virole, tandis qu'une unité à cylindre et piston sous pression hydraulique est prévue pour la rétraction et la sortie des différentes viroles.
Dans une flèche télescopique déjà connue, par exemple d'après le brevet allemand 21 48 966 et de ce même type, les différentes viroles télescopiques présentent un profil essentiellement en caisson tandis que les membrures inférieures des différentes viroles présentent un profil plat en forme de V ou un profil plat en forme de rainure, ces profils étant constitués par des ailes repliées depuis une nervure centrale plane. Ces membrures inférieures sont soudées aux zones latérales des ailes tournées vers le bas d'éléments profilés en forme de U avec des zones des bords arrondis entre leurs ailes et parties de nervure de manière à former les profilés à profil en caisson tandis que, dans la zone des assemblages soudés, des tôles d'entretoise augmentant encore la rigidité peuvent être fixées par soudure.
Les différentes viroles télescopiques sont placées l'une dans l'autre sur les membrures inférieures profilées en forme de rainure avec le rapport de répartition des pressions décrit dans le brevet allemand 21 48 966 dans lequel les forces de support sont transmises par des rouleaux ou des patins de support de
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forme appropriée dans la zone des bords arrondis supérieurs des profilés en caisson. Pour protéger les parois latérales de l'élément de profil en forme de U contre les déformations, des éléments raidisseurs en forme de U sont soudés sur les faces intérieures et extérieures des ailes du profilé. La membrure inférieure, qui est sollicitée principalement par des forces de flexion, est rendue rigide et est protégée contre les déformations par sa forme en V ou par les deux coudes longitudinaux formant la rainure.
La flèche télescopique déjà connue n'est pas seulement sensible aux déformations en dépit des raidisseurs soudés et des éléments coudés, mais la forme compliquée de sa section rend sa fabrication également fort coûteuse. Les flèches télescopiques ne sont pas sollicitées seulement en flexion, mais également en torsion. Dans ce cas, les éléments de support disposés dans la membrure inférieure et avec une section en rainure ou en V, doivent résister à une déformation de torsion.
Mais, si la flèche télescopique est équipée d'une flèche à aiguille basculante, celle-ci est maintenue par un chevalet postérieur en forme de A ou par un élément analogue au moyen de câbles de tension, si bien qu'un guidage transmettant des forces de torsion dans les éléments de support des membrures inférieures en forme de V peut être supprimé, si le moment agissant vers l'arrière est égal ou supérieur au moment agissant vers l'avant et résultant du poids de la charge et de la flèche à aiguille.
Pour conférer à une flèche télescopique une résistance suffisante à la torsion, indépendamment de sa position d'extension, on connaît déjà une méthode consistant à assembler l'une à l'autre par boulonnage les différentes viroles de la flèche et de les équiper, en outre, de supports de guidage latéraux.
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La présente invention a pour objet de proposer une flèche télescopique du type précité qui se caractérise par une plus grande résistance à la flexion de ses différentes viroles, ainsi que par une possibilité de construction simple et économique.
Ce résultat est atteint, conformément à la présente invention, grâce à une flèche télescopique du type décrit ci-dessus, dans lequel la pièce d'articulation et les viroles sont constituées de profilés formant des coquilles dont chacune présente, en position horizontale (rabattue sur le véhicule), une partie inférieure approximativement ronde et une partie supérieure en forme de demi-caisson dont les ailes tournées les unes vers les autres sont soudées les unes aux autres, tandis que chaque coquille de profil approximativement rond est constituée de bandes repliées l'une vers l'autre, dont celles qui se suivent forment entre elles un angle obtus.
Comme le montrent les Fig. la à 14h représentées en annexe, on peut voir que les pièces d'articulation et les viroles possèdent au moins une coquille inférieure de profil rond et font l'objet de la demande de brevet européenne 92 102 268.7. Ces profils ronds ne présentent pas seulement des moments d'inertie géométrique et de résistance favorables, si bien qu'ils possèdent une grande rigidité à la flexion, mais leur section ronde assure également une protection efficace contre les déformations, si bien que l'on peut se dispenser de mesures supplémentaires de protection contre les déformations.
La fabrication de coquilles rondes ou ovales est cependant relativement coûteuse. C'est pourquoi les coquilles inférieures de la pièce d'articulation et des viroles de la flèche télescopique de la présente invention sont réalisées par une série de pliages
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successifs, de façon à obtenir un profil approximativement circulaire.
Si un profil circulaire des coquilles doit être réalisé, les ébauches correspondantes doivent être laminées. Comme il n'existe pas de cylindres dont les longueurs correspondent aux longueurs de viroles, les profils de grande longueur ne peuvent pas être laminés en une pièce. Il est donc indispensable de souder les unes aux autres les différentes sections par leurs zones d'abuttement.
Les dispositifs de fabrication nécessaires pour effectuer les pliages sont relativement simples et existent dans la plupart des entreprises. L'obtention d'un profil approximativement circulaire par pliage des ébauches est donc réalisable de manière plus économique que la préparation de coquilles circulaires par laminage.
La fabrication de coquilles de profil approximativement circulaire par pliages multiples présente, en outre, pour avantage, que l'on obtient ainsi une rigidité encore meilleure à la déformation par comparaison avec un profil rond continu.
La partie de profilé inférieur présente avantageusement la forme d'une demi-ellipse dont le sommet est formé par le petit rayon.
Les ailes de la partie de profil supérieure peuvent être perpendiculaires par rapport à la pièce de nervure rectiligne formant la membrure supérieure ou peuvent former avec celle-ci un angle obtus ou un angle aigu.
Un exemple de réalisation de l'invention sera décrit ci-après à l'aide des figures. Celles-ci représentent respectivement : les Fig. la-n, une flèche télescopique en différentes positions d'extension de ses viroles
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télescopiques ; la Fig. 2, une coupe transversale dans la virole télescopique de la Fig. 1, dans un état pour lequel toutes les viroles de la flèche sont rétractées ; la Fig. 3, une coupe transversale dans deux viroles télescopiques verrouillées l'une à l'autre dans la zone du collet terminal raidisseur de la virole extérieure ;
la Fig. 3a, une coupe transversale dans deux viroles télescopiques verrouillées l'une à l'autre, dans lesquelles les segments de support sont insérés par l'avant, tandis que la forme intérieure et la forme extérieure des supports correspondent à la forme ellipsoïdale de la virole télescopique intérieure et de là virole télescopique extérieure ; la Fig. 4, une vue par le dessus de la zone de verrouillage en forme de collet de deux viroles télescopiques assemblées l'une à l'autre comme à la Fig. 3 ; la Fig. 4a, la vue par le dessus correspondant la Fig. 3a ; la Fig. 5, une coupe transversale correspondant à la Fig. 2, avec les viroles télescopiques rentrées l'une dans l'autre ; la Fig. 6, une coupe transversale dans les viroles de flèche rentrées l'une dans l'autre et présentant une section circulaire ;
la Fig. 7, une coupe transversale dans la pièce d'articulation extérieure des viroles de flèche rentrées l'une dans l'autre, de section elliptique analogue, sans guidage incorporé pour les conduites d'alimentation ; la Fig. 8, une coupe longitudinale dans les supports de deux viroles télescopiques en position d'extension, dans les supports de la première virole télescopique et dans la pièce d'articulation de la flèche en état d'extension ;
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la Fig. 9, une coupe transversale dans le support intérieur le long de la ligne IX-IX de la Fig. 8 ; les Fig. 10 et 11, des vues correspondant aux Fig. 8 et 9, mais avec une protection en triangle contre la déformation de torsion ;
la Fig. 12, une coupe transversale dans une virole télescopique et dans une pièce d'articulation extérieure, avec un profil constitué d'une partie en forme de demi-caisson et une partie circulaire ; les Fig. 12a à 12f et 12h, les diagrammes représentant les contraintes correspondantes en flexion, en flexion et traction, en flexion et compression, ainsi que les contraintes résultantes ; la Fig. 13, une coupe transversale dans une virole télescopique et une pièce d'articulation extérieure avec un profil supérieur en forme de demicaisson, dont les ailes forment, avec la partie de nervure, des angles obtus et avec une partie de profil inférieure de forme elliptique ; les Fig. 13a à 13f et 13h, les diagrammes représentant les contraintes correspondantes de flexion, de flexion et traction, de flexion et de compression et les contraintes résultantes ;
la Fig. 14, une coupe transversale dans une virole télescopique ou une pièce d'articulation extérieure avec un profil qui est constitué d'un profil supérieur en forme de demi-caisson dont les ailes forment, avec la partie de nervure, des angles aigus, et avec un profil intérieur de forme elliptique ; les Fig. 14a à 14f et 14h, les diagrammes représentant les contraintes correspondantes de flexion, de flexion et traction, de flexion et compression ainsi que les contraintes résultantes, et la Fig. 15, une coupe transversale
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correspondant aux Fig. 2 et 5 dans la flèche télescopique, ayant le profil de la présente invention, de la pièce d'articulation et des viroles.
Comme le montre la Fig. 1, la pièce d'articulation extérieure 1 de la flèche télescopique 2 est pourvue d'un élément articulé 3 par lequel celle-ci est articulée au châssis supérieur d'une grue, d'une grue automobile ou d'un appareil analogue. A la pièce maintenue par la pièce d'articulation extérieure 1, vient s'articuler, dans l'articulation 4, la tige de piston d'une unité hydraulique à cylindre et piston 5.
Parallèlement à l'unité à cylindre et piston 5, un profilé carré 6 est articulé au-dessus de celle-ci à la pièce d'articulation de la flèche 4 de manière à empêcher toute rotation.
La pièce d'articulation et les autres viroles extensibles sont pourvues, dans la zone de leur extrémité, de raidisseurs 8-10 en forme de collets, sur lesquels sont disposées des unités à cylindre et piston sous pression hydraulique pourvues de boulons de verrouillage. La virole extensible la plus intérieure est pourvue, comme le montre la Fig. 1, d'une tête à rouleau à son extrémité extérieure.
La Fig. 2 représente une coupe agrandie dans les viroles de la flèche télescopique, rentrées les unes dans les autres. Sortant de la pièce d'articulation de flèche extérieure 1, qui présente dans l'exemple de réalisation représenté une section circulaire, les viroles intérieures 12, 13, 14 présentant des formes elliptiques peuvent être sorties, tandis que le rapport de leur grand axe à leur petit axe, devient plus grand de l'extérieur vers l'intérieur.
Grâce à l'augmentation de ce rapport, on obtient, entre les parois latérales des viroles télescopiques, des espaces 16 en forme de faucille, dans lesquels les caissons de profilé 17
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peuvent être disposés avec des fentes longitudinales pour des chaînes à chenille, non représentées, qui servent au guidage et au maintien des conduites d'alimentation et, par exemple, des conduites hydrauliques et électriques.
Comme le montre la Fig. 2, les axes longitudinaux des profils elliptiques diminuent d'une virole à l'autre seulement dans une mesure relativement faible et à peu près égale, si bien que la résistance à la flexion des viroles ne diminue qu'assez faiblement d'une virole à l'autre, parce que le moment d'inertie géométrique déterminant la rigidité à la flexion est déterminé essentiellement par les grands axes.
Sur le châssis de fixation inférieur 3 de la pïèce d'articulation de flèche 1, vient s'articuler la tige de piston du cylindre hydraulique à un étage 18, comme le montre la Fig. 1. Le cylindre hydraulique est pourvu, dans la zone de son extrémité de sortie, de la tige de piston, d'un élargissement en forme de collet 19, d'où peuvent sortir les boulons de verrouillage 20.
Ces boulons de verrouillage pénètrent dans des logements 21, qui sont prévus sur chaque virole télescopique. Les Fig. 1 à 3, ainsi que la description correspondante de la demande de brevet d'utilité G 19 13 210.6, peuvent être consultées pour obtenir une description plus détaillée de cette disposition.
Parallèlement à l'unité à cylindre et piston 5, 18, le profilé à caisson 6 est monté à pivot mais est articulé sans possibilité de rotation sur le châssis de fixation inférieur 3 de la pièce d'articulation de flèche 1. Les différentes viroles télescopiques 12 à 15 sont pourvues de supports de glissement 24 qui sont disposés dans toutes les viroles télescopiques aux extrémités des châssis inférieurs. Le profil à caisson 6 est guidé dans ces supports à glissement. Les supports
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de glissement 24 ne présentent qu'une longueur axiale relativement faible, si bien qu'à l'état rentré des viroles télescopiques, ils sont situés près les uns des autres en direction axiale.
Les différentes viroles sont pourvues de supports périphériques de la manière indiquée par les Fig. 3 et 4 ou par les Fig. 3a et 4a, ces supports étant constitués de segments de support 26 adaptés chacun à la forme de la section et qui peuvent être constitués d'une matière plastique appropriée, comme, par exemple, du polyamide ou un autre matériau pour palier approprié ou encore d'un matériau composite.
Les supports constitués de segments de support séparés peuvent être remplacés également par des supports périphériques continus.
Un support périphérique est disposé chaque fois sur la face intérieure des collets 27 disposés à l'extrémité de chaque virole et terminant celle-ci.
D'autres supports se trouvent à l'extrémité du châssis intérieur de chaque virole télescopique, comme on peut le voir sur les Fig. 8 et 9.
Il existe, sur les côtés opposés de la moitié supérieure de chaque collet raidisseur 27, des cylindres hydrauliques 28,29 dont les pistons 30,31 forment ou supportent des boulons de verrouillage. Les différentes viroles télescopiques sont pourvues, d'une manière connue en soi, de trous pour les boulons de verrouillage 30,31.
La Fig. 5 représente également une coupe dans les profils circulaires des viroles télescopiques.
Toutes les viroles télescopiques peuvent être constituées également de profilés ronds, de la manière représentée par la Fig. 6. Ces profilés ronds présentent, cependant, par rapport au profilé elliptique de la Fig. 5, l'inconvénient que des variations de
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diamètre plus grandes, diminuant fortement la rigidité à la flexion, doivent être prévues si les conduites d'alimentation doivent être disposées dans les espaces annulaires entre les différentes viroles. En utilisant seulement l'unité à cylindre et piston à un étage, on peut provoquer l'extension des différentes viroles pour atteindre la longueur souhaitée de la flèche.
Pour ce qui concerne les différentes positions d'extension réalisables des différentes viroles télescopiques, il convient de se référer aux Fig. 10 à 19 de la demande d'utilité G 90 13 210.6 ainsi qu'à la description correspondante, qui sont valables également pour la flèche télescopique décrite ici.
Dans le cas de la flèche télescopique décrite ci-dessus, les différentes viroles peuvent être montées les unes dans les autres, pratiquement sans jeu, grâce à leur forme circulaire, ce qui est avantageux pour le fonctionnement de la grue.
Quand la flèche télescopique est mise en position d'extension en utilisant le cylindre hydraulique à un étage, la virole télescopique qui est à rentrer ou à sortir reste seule non verrouillée. La virole à sortir ou à rentrer est assemblée au cylindre hydraulique pendant l'opération, de la manière déjà décrite.
Dans la mesure où le cylindre hydraulique et sa tige de piston n'assurent aucune protection suffisante contre la torsion, celle-ci est créée par le profil disposé parallèlement et déjà décrit. Ce profil servant à protéger contre la torsion, est avantageusement un tube carré ou triangulaire de grand volume, qui possède un moment d'inertie géométrique polaire, si bien que l'élasticité de torsion restante est négligeable. Au lieu d'un tube carré, on peut choisir également toute autre forme, par exemple un tube triangulaire ou un tube
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hexagonal.
Les viroles constituées de tubes ronds peuvent être fabriquées économiquement d'une manière connue en soi. Les sections elliptiques peuvent être réalisées également de manière simple, par exemple en écrasant latéralement, au moyen de presses hydrauliques, un tube circulaire afin d'obtenir la forme elliptique souhaitée.
Dans le cas de viroles ayant une section de forme circulaire qui est plus facile à fabriquer, les diamètres des viroles doivent diminuer relativement fort si des espaces annulaires suffisamment grands doivent être créés pour disposer les conduites d'alimentation.
Cette distance peut être diminuée jusqu'à un rapport favorable si l'on utilise des tambours à câble disposés extérieurement, qui doivent cependant être protégés alors, en outre, contre les intempéries.
La fabrication des supports en matière plastique pour les sections elliptiques des viroles peut être réalisée, par exemple, avec des fraiseuses à copier. Les supports circulaires peuvent être fabriqués plus simplement par tournage. Les supports peuvent également être coulés dans des moules ou être fabriqués à la presse.
La forme elliptique des différentes viroles a également pour avantage que dans les zones de compression inférieure et supérieure fortement sollicitées, le rayon de déformation est plus petit et que, par conséquent, la protection contre les déformations est meilleure. Le plus grand rayon de déformation se trouve dans la zone de contrainte neutre située au centre.
Comme le montre la Fig. 7, tant la pièce d'articulation de flèche que les viroles montées télescopiquement sur celle-ci peuvent présenter des profils elliptiques analogues, si bien que l'on obtient,
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entre les différentes viroles, des espaces annulaires elliptiques ayant la même largeur sur toute leur périphérie. Si les différentes viroles sont rentrées par glissement axial sur les supports à la manière représentée par les Fig. 3,8 et 9, la rigidité à la torsion indispensable est déjà assurée, si bien que l'on peut se dispenser du profil en caisson servant à assurer le guidage. Grâce au guidage empêchant toute torsion ainsi assuré pour les différentes viroles rentrant l'une dans l'autre, on peut se dispenser également d'un verrouillage des différentes viroles l'une à l'autre, dans un mode de réalisation de ce genre.
La Fig. 12 représente une coupe dans une virole télescopique ou une pièce d'articulation extérieure d'une flèche télescopique, qui est constituée d'une partie de profil inférieure semi-elliptique 40 et d'une partie de profil supérieure en forme de demi-caisson 41, dont les ailes sont assemblées les unes aux autres par soudage dans un plan de séparation horizontal, au moyen de cordons de soudure 42,43. Les ailes 44,45 de la partie de profil supérieure en forme de demi-caisson sont assemblées à la pièce de nervure supérieure 46 par des zones cintrées 47,48 ayant pour rayon de courbure RL. La partie de profil inférieure 40 est constituée par une coquille de section semi-elliptique, tandis que la forme du profil peut se rapprocher avec une bonne approximation d'une ellipse en la constituant avec trois rayons ri, Rmi et Ri.
Une simplification peut être obtenue en définissant la forme de la section par deux rayons ri et Rmi afin de faciliter la fabrication. La forme elliptique ne diffère que peu par rapport à la forme simplifiée ainsi définie pour faciliter la fabrication, et peut même être intéressante d'un point de vue statique dans ces mêmes circonstances. En effet, la zone des coquilles résistant à la déformation avec le
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rayon ri ou l'angle Ey2 devient plus grande et le rayon Rmi peut être continué presque jusqu'au milieu du profil. De ce fait, la zone la plus grande et donc avec peu de protection contre les déformations, présentant le rayon Ri, peut être supprimée.
De ce fait, la coquille inférieure 40 devient dans son ensemble plus résistante à la déformation, parce que la résistance à la déformation diminue linéairement avec l'augmentation des rayons.
Le profil représenté par la Fig. 13 dépend de celui de la Fig. 12, du fait que la coquille de profil supérieur 41'présente des ailes de profil 44'et 45'en forme de demi-caisson, qui forment des angles obtus avec la pièce de nervure 46".
Le profil de la Fig. 14 présente une coquille
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supérieure 41"constituée d'un profil en forme de demicaisson dont les ailes de profil 44"et 45'forment des angles aigus avec la pièce de nervure 461.
Dans les profils représentés par les Fig. 12 à 15, le milieu de construction entre les mesures Hl et H2 est le milieu du profil. La partie inférieure présente la forme d'une demi-ellipse qui forme également la coquille de profil constructif inférieur. La partie inférieure peut être prolongée vers le haut de la dimension V pour des motifs de fabrication, tandis que la dimension H2 de la coquille supérieure est raccourcie de manière correspondante.
Si les épaisseurs de tôle des coquilles inférieures tl ou t2 sont adaptées aux épaisseurs de la coquille supérieure t3 et aux hauteurs de profil Hl et H2, de façon que les axes des centres de gravité se trouvent à proximité du milieu du profil et que les différences B2 plus petite que B ou B2 plus grande que B ou B2 plus grande que B, pour les profils suivant les Fig. 13 et 14, ne sont pas proportionnellement plus
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grandes que représentées, on obtient les rapports de tension suivants, qui sont indiqués sur les diagrammes par les lettres a à h.
La contrainte de compression (-) est souvent la contrainte la plus critique à cause du risque d'enfoncement dans le cas des profils creux à parois minces. La contrainte de compression et de flexion la plus importante résulte de la contrainte principale de la flèche autour de l'axe X-X (direction X) dans le point du sommet inférieur du rayon ri. Ce point est le même dans le cas des trois profils des Fig. 12 à 14.
La contrainte latérale ou la déformation en flexion de la flèche autour de l'axe Y-Y (direction Y) dans les deux directions, crée, dans les parois latérales du profil, des contraintes de compression et de traction dont la grandeur dépend du rapport de la distance par rapport à l'axe d'inertie Y-Y.
Dans le cas des trois profils, ces contraintes sont égales à zéro au point de sommet inférieur, si bien qu'il ne se produit, dans ce cas, aucune modification de la contrainte de compression dans la direction X. Sur le bord supérieur du profil, les contraintes dans la direction Y sont diminuées par suite des rayons RL.
Le long de la paroi latérale, les contraintes de traction et de compression s'ajoutent vers le haut dans la direction Y aux contraintes de flexion dans la direction X.
Ces rapports de contraintes sont représentés dans les diagrammes correspondants pour chacun des trois profils.
Dans le profil de la Fig. 12, l'allure des contraintes latérales uniformes dans la moitié de profil supérieure ou dans la coquille supérieure a pour effet que les contraintes de compression sont les plus faibles dans la paroi latérale supérieure sensible aux
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déformations. La fabrication de ce profil est plus simple que celle des profils 13 et 14 parce que les ailes 44, 45 forment, avec la partie à nervure de la coquille supérieure, des angles droits qui sont plus faciles à réaliser en construction métallique en utilisant les moyens techniques existants.
Dans le profil représenté par la Fig. 13, l'allure des contraintes latérales présente la valeur la plus élevée au milieu du profil, si bien qu'il en résulte une augmentation de la contrainte de compression dans cette zone par rapport au cas du profil de la Fig. 12. Comme cependant le rayon Ri est prolongé vers le haut au-delà du milieu du profil, la rigidité à la déformation se trouve améliorée si bien que ce fait ne constitue pas un inconvénient.
Dans le cas du profil de la Fig. 14, l'allure des contraintes latérales présente la valeur la plus élevée à l'endroit où commence le rayon RL. Comme la courbure est terminée par le rayon R déjà en dessous du milieu du profil, la face de profil plate et non rigide à la déformation devient plus importante et est déplacée, en outre, vers le bas. Cette surface est soumise à des contraintes de compression plus élevées par suite de cette circonstance. Les conditions de résistance à la déformation moins favorables doivent donc être compensées alors par des mesures appropriées (épaisseur de tôle plus grande ou raidisseur contre la déformation).
Dans le cas de la Fig. 15, le profil de la pièce d'articulation et des viroles de la présente invention se trouve représenté. Les formes de profil correspondent aux formes de profil représentées par les Fig. 12e à 12h, mais avec pour différence que la coquille inférieure, approximativement semi-elliptique, est constituée par des pliages successifs des ébauches.
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En dessous de la Fig. 15 se trouve un tableau indiquant les dimensions et les angles avantageux des différents profils.