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La présente invention se rapporte aux poulies moulées et à un procédé pour les fabriquer.
Dans les avions et appareils analogues, on fait généralement passer les câbles de commande sur des poulies moulées en résine renforcée par des fibres. Ces poulies sont obtenues par un certain nombre de procédés différents. Un procédé largement utilisé dans l'industrie consiste à mouler une matière fibreuse imprégnée de résine et macérée pour former un corps de poulie, la gorge pour le câble étant soit ménagée lors du moulage, soit usi- née plus tard dans le corps moulée Un autre procédé consiste à mouler un corps de poulie à partir d'une ébauche bobinée en matière en bande fibreuse imprégnée de résine, et à usiner la gorge dans le corps moulé. On fabrique aussi des poulies par usinage de plaques stratifiées moulées plates.
Les poulies obtenues par ces procédés donnent des résultats sa- tisfaisants lorsque les charges sont relativement faibles, mais la résistan- ce entière des fibres de renforcement n'est pas mise à profit parce que ces fibres ne sont pas alignées pour offrir leur résistance maximum. En d'aut- tres mots, on n'a pas essayé dans ces poulies d'aligner les fibres de façon qu'un nombre maximum de celles-ci soient parallèles à la surface soumise aux sollicitations.
Dans les poulies moulées en matière macérée, les particules fibreuses tendent à glisser les unes sur les autres lorsqu'elles sont comprimées au cours du moulage, au lieu de se bloquer mutuellement, et leur résis- tance se rapproche de la résistance inférieure des stratifiés placés sur champ lorsqu'elles sont soumises à des forces perpendiculaires à la direction de la pression de moulage. Les poulies stratifiées contiennent desf fibres alignées mais la direction de cet alignement est opposée à la direction offrant une résistance maximum.
En cours de fonctionnement des poulies moulées par les procédés connus, les forces appliquées par un câble dans la gorge sont plus élevées aux endroits les plus faibles de la poulie, c'est-à-dire aux joints entre les couches du stratifié et notamment à la partie inférieure des lèvres formant la gorge pour le câble. On sait que la résistance des stratifiés sur champ est inférieure à leur résistance à plat. Avec la tendance continue à produire des avions plus grands et plus lourds, les poulies utilisées doivent supporter des charges plus élevées auxquelles les poulies obtenues par les procédés connus ne peuvent résister.
Un but de l'invention est de fournir une poulie moulée comprenant des fibres de renforcement ou des couches stratifiées placées en position d éterminée d'avance pour offrir une résistance mécanique plus grande que celle qu'on pouvait obtenir jusqu'à présent.
Un autre but de l'invention est de fournir un procédé de moulage d'une poulie stratifiée dans lequel une matière fibreuse imprégnée est préconformée pour diriger son orientation pendant l'opération de moulage en stratifications concentriques délimitant une gorge de poulie afin d'utiliser pleinement la résistance des fibres de renforcement.
L'invention sera mieux comprise en se reportant à la descript:b n de plusieurs formes de réalisation préférées faite à titre d'exemple avec référence aux dessins annexés dans lesquels Fig. 1 est une vue en perspective d'une poulie moulée.
Figo 2 est une vue en coupe partielle à plus grande échelle suivant la ligne II-II de la fig. 1.
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Fig. 3 est une coupe partielle à grande échelle analogue à la fig. 2 montrant une variante.
Fig. 4 est une vue en perspective d'une ébauche enroulée en spirale suivant l'invention.
Fig. 5 est une vue en élévation de face en partie en coupe d'un mécanisme de bobinage pour la confection des ébauches, et
Fig. 6 est une coupe partielle à grande échelle analogue aux figs. 2 et 3 montrant une variante d'une ébauche de poulie.
Sur les figs. 1 et 2 du dessin, la poulie 10 comprend une âme 12 en matière fibreuse imprégnée d'une résine de condensation phénol-aldéhyde-urée-aldéhyde ou d'une autre résine thermodurcissable. L'âme 12 de la poulie est moulée par application de chaleur et de pression sur une buselure métallique 14 dont la surface extérieure 16 est guillochée pour assurer 1'ancrage de la matière moulée. Pour donner à la poulie achevée un meilleur aspect et une résistance supérieure, on moule de part et d'autre de l'âme 12 des feuilles de surfaces 18 et 20.
On remarquera que la buselure métallique 14 n'est pas un élément essentiel de la poulie 10. L'âme 12 peut être moulée pour que sa paroi intérieure serve de buselure et on peut alors supprimer la buselure métallique 14. La paroi intérieure, si on le désire, peut être imprégnée d'une matière minérale lubrifiante appropriée comme le graphite ou le bisulfure de molybdène.
Pour fabriquer la poulie de l'invention, on prépare une ébauche 22 bobinée et creusée d'une rainure périphérique comme sur la fig. 4 en enroulant en spirale et sous tension en couches superposées une bande continue 24 de matière fibreuse préalablement imprégéée d'une résine de condensation amenée à l'état B. Cette opération peut être effectuée sur une machine représentée sur la fig. 5 où la bande 24, à mesure qu'elle est enroulée pour former l'ébauche 22, est conformée par contact avec un galet de conformation 44 à surface périphérique en forme de V pouf donner à la poulie une section transversale ayant sensiblement la forme d'un V. Ce mécanisme de bobinage sera décrit plus loin.
La bande 24 est enroulée de façon à ménager une rainure périphérique 26 et la pointe du V s'étend vers l'axe de l'ébauche 22 en voie de préparation. Bien entendu, la rainure périphérique 26 peut être arrondie ou en forme de V. L'ébauche est percée d'une ouverture 28.
L'ébauche 22 est enroulée sur un mécanisme de bobinage appropné 32 représenté sur la fig. 5. Ce mécanisme de bobinage 32 comprend une paire d'éléments complémentaires 34 et 36 séparables axialement, en forme de cônes tronqués montés respectivement sur des arbres tournants 38 et 40 et formant ensemble un mandrin tournant 42 creusé d'une rainure périphérique en forme de V sur laquelle s'enroule l'ébauche 22. Un galet de conformation complémentaire 44 dont la surface périphérique est en forme de V coopère avec le mandrin 42 et sa rainure périphérique en V. Le galet 44 est pressé vers la rainure du mandrin 42 par un ressort approprié ou par un compresseur penumatique (non représenté), relié au bras 48.
En fonctionnement, les arbres 38 et 40 sont entraînés dans un mouvement de rotation par des dispositifs moteurs appropriés (non représen- tés) et on enroule sous tension une bande 24 imprégnée de résine sur le mandrin 42. La bande 24 est pressée dans la rainure périphérie en V du mandrin 42 par le galet complémentaire de conformation 44, donnant ainsi à la bande 24 une section transversale en V, à mesure qu'elle est bobinée en couches superposées constituant finalement l'ébauche 22.
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Lorsqu'on a obtenu par bobinage une ébauche 22 de la grandeur voulue, on coupe la bande 24 en un point déterminé, on soulève le galet de conformation 44 et on déplace axialement l'arbre 38 ou l'arbre 40, sépa- rant ainsi les éléments en forme de cônes 34 et 36 et permettant l'enlève- ment de l'ébauche achevée du mandrin.
D'autres mécanismes permettant d'obtenir une ébauche à rainure périphérique peuvent être utilisés.
Pour le moulage, la buselure 14 est placée dans l'ouverture 28 de l'ébauche 22 et l'ensemble est introduit dans un moule présentant une saillie circulaire de la configuration désirée pour s'adapter dans la rai- nure périphérique 26 de l'ébauche et entourant le corps 22 de l'ébauche afin de former une gorge 30 dans la poulie moulée. Cette saillie est cal- culée suivant le type et la grandeur de câble que la poulie doit recevoir.
Elle a généralement une forme transversale en U pour que la gorge 30 ait un fond semi-circulaire 29 et dés côtés verticaux 31 afin de s'adapter à un câ- ble de section ronde. La gorge 30 est généralement moulée plus petite que sa dimension définitive, puis usinée à la grandeur voulue pour obtenir une gorge mieux achevée, résistant mieux à l'usure.
Comme on peut le voir sur la fig. 2 du dessin, la saillie de moulage déforme les bandes préconformées 24 de façon que les couches fibreuses superposées s'orientent concentriquement autour de la gorge 30 en position généralement parallèle aux côtés de cette gorge. De cette façon, on utilise une proportion élevée de la résistance maximum des fibres puisque les couches de matière fibreuse sont alignées sur les forces appliquées en cours de fonctionnement de la poulie.
Les forces primaires qui se manifestent dans le fonctionnement d'une poulie sont localisées sur une ligne traversant le corps de la poulie perpendiculairement à son axe de rotation et dans les joues 33 de la gorge servant au passage du câble, généralement sur une ligne parallèle au même axe de rotation. Les capacités d'absorption de ces forces sont exprimées ici en termes de résistance de la noix de la poulie et résistance des joues de la poulie.
La résistance de la noix peut être définie comme la charge nécessaire pour rompre une poulie montée sur un ,axe passant par son centre ou par son palier et soumise à une charge par un câble formant un angle de contact désiré quelconque dans la gorge et soumis à une tension.
La résistance des brides peut être définie comme la charge nécessaire pour rompre la joue 33 de la gorge de la poulie lorsqu'un câble est en contact avec la poulie suivant un angle de contact très faible ou nul, le câble étant sous tension et mai aligné sur la poulie.
Sur la fige 3 du dessin, on peut voir une variante d'une poulie obtenue de la même manière que la poulie représentée en coupe sur la fig.2 et décrite ci-dessous, mais dans laquelle on a disposé entre une partie extérieure de l'ébauche en forme de V 50 et une buselure . 52, une certaine quantité de matière fibreuse imprégnée et macérée 54. Cette opération est effectuée en comprimant la matière fibreuse imprégnée de résine et macérée 54, tandis que la résine est encore à l'état B, en une ébauche pouvant s'adapter sur la buselure 52. Une ébauche bobinée en spirale du type décrit plus haut, illustrée sur la fig. 4 est enfilée sur l'ébauche macérée pour former la partie périphérique extérieure 50. Cet ensemble est placé dans un moule et soudé par la chaleur et la pression pour obtenir une poulie composite.
La construction de la fig. 3 est utilisée pour des raisons d'économie lorsqu'on fabrique des poulies de grandes dimensions. Il n'est alors pas nécessaire d'enrouler une bande de tissu continue pour former une ébauche d'une grandeur
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suffisante pour toute la partie formant âme, mais simplement pour la partie périphérique extérieure à l'endroit où les forces appliquées par le câble sont les plus fortes.
La fig. 6 du dessin montre une coupe transversale d'une ébauche de poulie 56 pouvant servir à fabriquer des poulies du type représenté sur la fig. 2 ou sur la fig. 3 . Une ébauche 58 comportant une rainure périphérique en V est moulée sur une buselure 60 comme décrit plus haut pour obtenir la poulie représentée en coupe sur la fig. 2, mais le moule ne comprend pas de saillie circulaire pour conformer la gorge servant au passage du ca= ble comme sur la fig. 2. Dans le cas de la fig. 6, la couche périphérique extérieure 62 de l'ébauche 58 est complètement repliée, les couches voisines étant également repliées à un degré allant en diminuant de façon à former un rebord périphérique massif sans rainure, comme celle que présentait antérieurement l'ébauche 58.
Une gorge de poulie de la taille et-de la forme désirées est usinée ensuite dans l'ébauche 56 suivant les traits pointillés 64. Dans la poulie finale, les stratifications sont disposées de façon à fournir une poulie plus solide que celles dont on disposait auparavant.
On a trouvé désirable mais non entièrement nécessaire d'utiliser pendant la confection de l'ébauche un chauffage à haute fréquence de la matière 24 afin de faciliter le bobinage de 1'ébauche 22, de régler le degré de durcissement de la résine avant le moulage, et d'utiliser également du courantà haute fréquence pour préchauffer la matière immédiatement avant le moulage afin de raccourcir le cycle de vulcanisation et de faciliter le déplacement de la matière pendant le pressage ou la fermeture du moule. D'autres types de préchauffage peuvent être utilisés au même point au lieu du chauffage à haute fréquence.
Des poulies standard similaires construites suivant l'invention présentent un accroissement de résistance de la noix égal au minimum à 5.900 livres-pouce carré (414 Kg/cm2) qu'on peut comparer au minimum de 3. 500 livres/pouce carré (245 Kg/cm2) dans les poulies construites par les meilleurs procédés connus jusqu'à présent. Les poulies de l'invention ont une résistance des joues égale au minimum à 340 livres/pouce carré (23 kg/cm2) tandis que 210 livres/pouce carré (14 kg/cm2) était le maximum qu'on pouvait obtenir par les meilleurs procédés connus.
La poulie représentée sur la fig. 1, les coupes de la fig. 2 et de la fig. 3 et la coupee de l'ébauche de la fig. 6 représentent ces éléments à la sortie du moule. Par conséquent, les bords ou les angles des poulies sont à angle droit. On arrondit ou on guilloche généralement ces bords à la machine pour améliorer l'aspect des poulies et faciliter leur manipulation.
REVENDICATIONS.
1. - Poulie composite comprenant une buselure, une âme formée de matière fibreuse imprégnée d'une résine de condensation s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de la buselure, cette âme comportant une partie périphérie extérieure formée de couches superposées de bande de matière fibreuse continue enroulée en spirale et imprégnée d'une résine thermodurcissable, une cavité continue dans la périphérie de la partie extérieure, formant une gorge pour le câble, caractérisé en ce que la gorge pour le câble est délimitée par des couches sensiblement concentriques de la bande de matière fibreuse enroulée en spirale.
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The present invention relates to molded pulleys and a method for making them.
In airplanes and the like, control cables are usually run over pulleys molded from fiber-reinforced resin. These pulleys are obtained by a number of different methods. One method widely used in industry is to mold a fibrous material impregnated with resin and macerated to form a pulley body, the groove for the cable being either made during molding or later machined into the molded body. The method comprises molding a pulley body from a coiled blank of resin-impregnated fibrous web material, and machining the groove in the molded body. Pulleys are also made by machining flat molded laminate plates.
The pulleys obtained by these methods give satisfactory results when the loads are relatively low, but the entire strength of the reinforcing fibers is not taken advantage of because these fibers are not aligned to provide their maximum strength. In other words, no attempt has been made in these pulleys to align the fibers so that a maximum number of them are parallel to the surface subjected to the stresses.
In pulleys molded from macerated material, the fibrous particles tend to slide over each other when compressed during molding, instead of locking each other, and their strength approximates the lower strength of the laminates placed. on the field when subjected to forces perpendicular to the direction of the molding pressure. Laminate pulleys contain aligned fibers but the direction of that alignment is opposite to the direction of maximum strength.
During operation of pulleys molded by the known methods, the forces applied by a cable in the groove are higher at the weakest places of the pulley, that is to say at the joints between the layers of the laminate and in particular at the lower part of the lips forming the groove for the cable. It is known that the resistance of laminates in the field is lower than their resistance when flat. With the continuing trend to produce larger and heavier airplanes, the pulleys used must withstand higher loads which pulleys obtained by known methods cannot withstand.
An object of the invention is to provide a molded pulley comprising reinforcing fibers or laminated layers placed in a predetermined position in order to offer greater mechanical strength than that which could hitherto be obtained.
Another object of the invention is to provide a method of molding a laminate pulley in which an impregnated fibrous material is preformed to direct its orientation during the molding operation in concentric laminations defining a pulley groove in order to fully utilize the strength of the reinforcing fibers.
The invention will be better understood by referring to the description: b n of several preferred embodiments given by way of example with reference to the accompanying drawings in which FIG. 1 is a perspective view of a molded pulley.
Figo 2 is a partial sectional view on a larger scale taken along the line II-II of fig. 1.
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Fig. 3 is a partial section on a large scale similar to FIG. 2 showing a variant.
Fig. 4 is a perspective view of a blank wound in a spiral according to the invention.
Fig. 5 is a front elevational view, partly in section, of a winding mechanism for making blanks, and
Fig. 6 is a partial section on a large scale similar to FIGS. 2 and 3 showing a variant of a pulley blank.
In figs. 1 and 2 of the drawing, the pulley 10 comprises a core 12 of fibrous material impregnated with a phenol-aldehyde-urea-aldehyde condensation resin or other thermosetting resin. Pulley core 12 is molded by applying heat and pressure to a metal nozzle 14, the outer surface 16 of which is guilloche to anchor the molded material. To give the finished pulley a better appearance and greater strength, sheets of surfaces 18 and 20 are molded on either side of the core 12.
It will be noted that the metal nozzle 14 is not an essential element of the pulley 10. The core 12 can be molded so that its inner wall serves as a nozzle and the metal nozzle 14 can then be omitted. The inner wall, if one desired, can be impregnated with a suitable lubricating mineral material such as graphite or molybdenum disulphide.
To manufacture the pulley of the invention, a coiled blank 22 is prepared and hollowed out with a peripheral groove as in FIG. 4 by winding in a spiral and under tension in superimposed layers a continuous strip 24 of fibrous material previously impregnated with a condensation resin brought to state B. This operation can be carried out on a machine shown in FIG. 5 wherein the strip 24, as it is wound up to form the blank 22, is shaped by contact with a V-shaped peripheral surface shaping roller 44 to give the pulley a cross section substantially in the form of 'a V. This winding mechanism will be described later.
The strip 24 is wound so as to leave a peripheral groove 26 and the point of the V extends towards the axis of the blank 22 being prepared. Of course, the peripheral groove 26 may be rounded or V-shaped. The blank is pierced with an opening 28.
The blank 22 is wound on a suitable winding mechanism 32 shown in FIG. 5. This winding mechanism 32 comprises a pair of complementary elements 34 and 36 which can be separated axially, in the form of truncated cones mounted respectively on rotating shafts 38 and 40 and together forming a rotating mandrel 42 hollowed out with a peripheral groove in the form of a V on which the blank is wound 22. A complementary shaping roller 44 whose peripheral surface is V-shaped cooperates with the mandrel 42 and its peripheral V-shaped groove. The roller 44 is pressed towards the groove of the mandrel 42 by a suitable spring or by a penumatic compressor (not shown), connected to the arm 48.
In operation, the shafts 38 and 40 are driven in a rotational movement by suitable motor devices (not shown) and a web 24 impregnated with resin is wound under tension on the mandrel 42. The strip 24 is pressed into the groove. V-shaped periphery of the mandrel 42 by the complementary shaping roller 44, thus giving the strip 24 a V-shaped cross section, as it is wound in superimposed layers finally constituting the blank 22.
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When a blank 22 of the desired size has been obtained by winding, the strip 24 is cut at a determined point, the shaping roller 44 is lifted and the shaft 38 or the shaft 40 is axially displaced, thus separating the cone-shaped elements 34 and 36 and permitting the removal of the finished blank from the mandrel.
Other mechanisms making it possible to obtain a blank with a peripheral groove can be used.
For molding, the nozzle 14 is placed in the opening 28 of the blank 22 and the assembly is introduced into a mold having a circular projection of the desired configuration to fit in the peripheral groove 26 of the. blank and surrounding the body 22 of the blank to form a groove 30 in the molded pulley. This projection is calculated according to the type and size of cable that the pulley is to receive.
It generally has a U-shaped transverse shape so that the groove 30 has a semicircular bottom 29 and vertical sides 31 in order to adapt to a cable of round section. The groove 30 is generally molded smaller than its final dimension, then machined to the desired size to obtain a better finished groove, better resistant to wear.
As can be seen in fig. 2 of the drawing, the molding protrusion deforms the preformed bands 24 so that the superposed fibrous layers orient concentrically around the groove 30 in a position generally parallel to the sides of this groove. In this way, a high proportion of the maximum fiber strength is used since the layers of fibrous material are aligned with the forces applied during operation of the pulley.
The primary forces which appear in the operation of a pulley are located on a line crossing the body of the pulley perpendicular to its axis of rotation and in the cheeks 33 of the groove serving for the passage of the cable, generally on a line parallel to the same axis of rotation. The absorption capacities of these forces are expressed here in terms of the resistance of the pulley nut and the resistance of the pulley cheeks.
The resistance of the nut can be defined as the load necessary to break a pulley mounted on a shaft passing through its center or through its bearing and subjected to a load by a cable forming any desired contact angle in the groove and subjected to a tension.
The resistance of the flanges can be defined as the load required to break the cheek 33 of the pulley groove when a cable contacts the pulley at a very small or no contact angle, the cable being under tension and may be aligned. on the pulley.
On fig 3 of the drawing, we can see a variant of a pulley obtained in the same way as the pulley shown in section in fig. 2 and described below, but in which we have arranged between an outer part of the 'V-shaped blank 50 and a nozzle. 52, a certain amount of impregnated and macerated fibrous material 54. This operation is carried out by compressing the resin-impregnated and macerated fibrous material 54, while the resin is still in the B state, into a blank which can fit on the fiber. nozzle 52. A spiral wound blank of the type described above, illustrated in FIG. 4 is threaded onto the macerated blank to form the outer peripheral part 50. This assembly is placed in a mold and welded by heat and pressure to obtain a composite pulley.
The construction of FIG. 3 is used for reasons of economy when manufacturing pulleys of large dimensions. It is then not necessary to wind a continuous strip of fabric to form a blank of a size
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sufficient for the entire core part, but simply for the outer peripheral part where the forces applied by the cable are greatest.
Fig. 6 of the drawing shows a cross section of a pulley blank 56 suitable for making pulleys of the type shown in FIG. 2 or in fig. 3. A blank 58 having a peripheral V-groove is molded on a nozzle 60 as described above to obtain the pulley shown in section in FIG. 2, but the mold does not include a circular projection to conform the groove serving for the passage of the cable as in FIG. 2. In the case of fig. 6, the outer peripheral layer 62 of the blank 58 is completely folded over, the neighboring layers also being folded to a decreasing degree so as to form a massive peripheral rim without a groove, like that previously exhibited by the blank 58.
A pulley groove of the desired size and shape is then machined into the blank 56 along the dotted lines 64. In the final pulley the laminations are arranged to provide a stronger pulley than previously available. .
It has been found desirable, but not entirely necessary, to use high frequency heating of the material 24 during the making of the blank in order to facilitate the winding of the blank 22, to control the degree of cure of the resin prior to molding. , and also to use high frequency current to preheat the material immediately prior to molding in order to shorten the vulcanization cycle and to facilitate movement of the material during pressing or closing the mold. Other types of preheating can be used at the same point instead of high frequency heating.
Similar standard pulleys constructed in accordance with the invention exhibit an increase in nut strength equal to a minimum of 5,900 pounds per square inch (414 Kg / cm2) compared to a minimum of 3,500 pounds per square inch (245 Kg). / cm2) in pulleys constructed by the best methods known to date. The pulleys of the invention have a cheek strength of at least 340 pounds / square inch (23 kg / cm2) while 210 pounds / square inch (14 kg / cm2) was the maximum that could be achieved by the best. known methods.
The pulley shown in fig. 1, the sections of FIG. 2 and fig. 3 and the section of the blank of FIG. 6 represent these elements at the exit of the mold. Therefore, the edges or angles of the pulleys are at right angles. These edges are generally rounded or guilloche on the machine to improve the appearance of the pulleys and facilitate their handling.
CLAIMS.
1. - Composite pulley comprising a nozzle, a core formed of fibrous material impregnated with a condensation resin extending radially outwardly from the nozzle, this core comprising an outer periphery portion formed of superimposed layers of strip of continuous fibrous material spirally wound and impregnated with a thermosetting resin, a continuous cavity in the periphery of the outer part, forming a groove for the cable, characterized in that the groove for the cable is delimited by substantially concentric layers of the spiral wound band of fibrous material.