FR2531158A1

FR2531158A1 - TREE SUBJECTED TO TORSION, IN PARTICULAR TRANSMISSION SHAFT

Info

Publication number: FR2531158A1
Application number: FR8312465A
Authority: FR
Inventors: Karl-Wilhelm Kalk; Jurgen Klug
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1982-07-28
Filing date: 1983-07-28
Publication date: 1984-02-03
Also published as: GB8320262D0; GB2124735A; GB2124735B; DE3228110C2; DE3228110A1; FR2531158B1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN ARBRE 10 SOUMIS A LA TORSION, CONSTITUE PAR UN CORPS, CREUX AU MOINS PARTIELLEMENT, AVEC UNE PARTIE CYLINDRIQUE 11. LE PROBLEME RESOLU CONSISTE A CREER UN ARBRE DE FABRICATION SIMPLE GARANTISSANT UNE LIAISON SURE ET DURABLE AVEC DES ELEMENTS D'ACOUPLEMENT. CET ARBRE EST CARACTERISE EN CE QU'UNE PARTIE D'ASSEMBLAGE CREUSE 13 SE RACCORDE A AU MOINS UNE EXTREMITE DE LA PARTIE CYLINDRIQUE 11, LA SECTION INTERIEURE, ET LE CAS ECHEANT, EXTERIEURE DE CETTE PARTIE D'ASSEMBLAGE ETANT POLYGONALE OU SENSIBLEMENT ELLIPTIQUE. L'INVENTION EST APPLICABLE NOTAMMENT AUX ARBRES DE TRANSMISSION.THE INVENTION RELATES TO A SHAFT 10 SUBJECTED TO TORSION, CONSTITUTED BY A BODY, AT LEAST PARTLY HOLLOW, WITH A CYLINDRICAL PART 11. THE PROBLEM SOLVED CONSISTS OF CREATING A SHAFT OF SIMPLE MANUFACTURING GUARANTEING A SURE AND DURABLE CONNECTION WITH ELEMENTS OF ELEMENTS. COUPLING. THIS SHAFT IS CHARACTERIZED IN THAT A HOLLOW ASSEMBLY PART 13 CONNECTS TO AT LEAST ONE END OF CYLINDRICAL PART 11, THE INNER SECTION, AND IF APPLICABLE, OUTSIDE OF THIS ASSEMBLY PART BEING POLYGONAL OR SENSITIVELY ELLIPTICAL. THE INVENTION IS APPLICABLE IN PARTICULAR TO TRANSMISSION SHAFTS.

Description

"Arbre soumis à la torsion, notamment arbre de transmission "."Tree subjected to torsion, in particular shaft of transmission".

L'invention a pour objet un arbre soumis à la torsion, notamment un arbre de transmission, constitué par un The subject of the invention is a shaft subjected to torsion, in particular a transmission shaft, constituted by a

corps creux au moins partiellement, avec une partie cylindrique. hollow body at least partially, with a cylindrical part.

On connaît d'après le document DE-OS 29 46 530, un arbre agencé en tant qu'arbre de transmission soumis à la torsion et réalisé sous forme de tube composite renforcé par It is known from DE-OS 29 46 530, a shaft arranged as a transmission shaft subjected to torsion and made in the form of reinforced composite tube by

des fibres, les fibres étant enroulées aux extrémités du ro- fibers, the fibers being wound at the ends of the

tor, respectivement autour d'une pièce de raccord métallique. tor, respectively around a piece of metal fitting.

La transmission des efforts de torsion est assurée dans ce cas au moyen du frottement et des forces d'adhérence d'un adhésif entre la partie tubulaire renforcée par des fibres et la pièce The transmission of torsional forces is ensured in this case by means of the friction and adhesion forces of an adhesive between the fiber reinforced tubular part and the workpiece.

de raccord métallique.metal fitting.

En cas de dilatations thermiques différentes ainsi qu'en cas de charges alternées, un tel assemblage est cependant incertain Pour augmenter le coefficient de sécurité, In case of different thermal expansions as well as in case of alternate loads, such an assembly is however uncertain. To increase the safety factor,

la surface latérale extérieure de la pièce de raccord du dispo- the outer lateral surface of the connecting piece of the

sitif connu, comportant l'enroulement, est munie d'un filetage. known device, comprising the winding, is provided with a thread.

Cependant, pour obtenir un avantage à-cet égard, il faut appor- However, to obtain an advantage in this respect, it is necessary to

ter un soin extrême lors de l'enroulement ou de l'enveloppement extreme care when winding or wrapping

du filetage, le filetage n'apportant en tout cas aucune&modifi- threading, since the threading does not in any way

cation à l'assemblage parfrottement qui est assuré uniquement cation to the assembly, which is ensured only

par liaison de force.by force link.

L'invention a pour but de créer un arbre de The object of the invention is to create a tree of

trar;smission du type indiqué dans le préambule, qui soit de fa- the type indicated in the preamble, which is

brication simple et qui garantisse une liaison sûre et durable simple bridging and guaranteeing a safe and durable bond

avec des éléments d'accouplement.with coupling elements.

L'invention concerne à cet effet un arbre du type ci-dessus caractérisé en ce qu'une partie d'assemblage creuse se raccorde à au moins une extrémité de la partie cylindrique, la section intérieure et,le cas échéant extérieure, de cette The invention relates to a shaft of the above type characterized in that a hollow connection portion is connected to at least one end of the cylindrical portion, the inner section and, where appropriate, the outer section thereof.

partie d'assemblage étant polygonale ou sensiblement elliptique. assembly portion being polygonal or substantially elliptical.

Au moyen de la section sensiblement elliptique ou polygonale, on réalise une liaison exclusivement par la forme entre l'arbre et un élément d'accouplement Cela garantit une -2.- By means of the substantially elliptical or polygonal section, a connection is made exclusively by the form between the shaft and a coupling element This guarantees a -2.

transmission sure des efforts de torsion sans risque de relâ- safe transmission of torsional forces without the risk of

chement d'un adhésif ou d'une matière similaire, comme dans le dispositif suivant l'état de la technique En outre, on n'a pas alors besoin d'autres organes de fixation tels que vis ou organes similaires, dont les perçages de traversée provoque- raient un affaiblissement de la résistance des extrémités de l'arbre. Un tel arbre peut en outre être fabriqué par des techniques de fabrication très simples et avec la matière 0 o que l'on désire, la partie cylindrique pouvant être réalisée creuse ou pleine Etant donné que l'accouplement ne fait appel qu'à un petit nombre d'éléments de construction simples et que l'on peut choisir librement la matière, l'arbre conforme à In addition, there is no need for other fastening members such as screws or similar members, the holes of which are not suitable for use in the device according to the state of the art. crossing would cause a weakening of the resistance of the ends of the shaft. Such a shaft can also be manufactured by very simple manufacturing techniques and with the material 0 o desired, the cylindrical part can be made hollow or solid Since the coupling only uses a small number of simple building elements and that one can freely choose the material, the tree conforms to

l'invention convient notamment pour la construction aéronauti- the invention is particularly suitable for aeronautical construction

que et la technique spatiale.that and the spatial technique.

Suivant un mode de réalisation de l'invention, la partie cylindrique peut, au moins à une extrémité, s'élargir en se raccordant à la partie d'assemblage creuse par une partie According to one embodiment of the invention, the cylindrical part can, at least at one end, widen by connecting to the hollow assembly part by a part

de transition conique ou sensiblement conique. conical or substantially conical transition.

La section dont la forme va en s'élargissant favorise, au point de vue de la construction et de la technique de fabrication, la conformation de la zone d'introduction des forces en vue de l'obtention d'une bonne résistance mécanique (statique et dyniam-que) ou d'une rigidité suffisante à la flexion The section whose shape is widening favors, from the point of view of construction and manufacturing technique, the conformation of the force introduction zone in order to obtain good mechanical strength (static and dyniam-que) or sufficient flexural rigidity

pour éviter les vibrations de l'arbre. to avoid vibrations of the tree.

En outre, l'élargissement crée un volume qui donne accès au domaine intérieur de la partie d'assemblage pour effectuer le montage On peut alors prévoir des perçages de traversée dans la partie de transition qui est renforcée en In addition, the enlargement creates a volume which gives access to the inner domain of the assembly part to carry out the assembly. It is then possible to provide through-holes in the transition part which is reinforced in

conséquence.result.

Pour la fabrication de l'arbre, une matière ap- For the manufacture of the tree, a material

propriée est constituée, notamment, par une matière plastique renforcée par des fibres, de préférence par des fibres de carbone Il est alors avantageux que l'arbre soit enroulé en une seule pièce, des bandes de tissu pouvant, le cas échéant, être disposées en plus des fibres dans les parties d'extrémité The property is made up, in particular, of a fiber-reinforced plastics material, preferably carbon fibers. It is then advantageous for the shaft to be wound in one piece, with strips of fabric possibly being more fibers in the end parts

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de l'arbre en tant que renforcements supplémentaires Dans ce cas, la section annulaire de la partie d'assemblage présente of the shaft as additional reinforcements In this case, the annular section of the assembly part presents

la même forme polygonale à l'intérieur et à l'extérieur. the same polygonal shape inside and out.

Pour assurer une protection contre les solli- To provide protection against the

citations mécaniques extérieures il est en outre prévu d'en- external mechanical quotations it is furthermore planned to

tourer la surface extérieure et le cas échéant, la -surface inté- turn the outer surface and, where appropriate, the

rieure de l'arbre par une fine couche de fibres de verre ou de fibres d'aramide Il est alors avantageux que la couche de fibres de protection de la surface intérieure de l'arbre soit disposée avant l'enroulement du tube porteur de la charge et It is then advantageous for the protective fiber layer of the inner surface of the shaft to be arranged before the winding of the load carrying tube. and

que la couche extérieure soit disposée après cet enroulement. that the outer layer is disposed after this winding.

On obtient ainsi-une compression contrôlée du stratifié tubu- This gives a controlled compression of the tubular laminate

-laire. Suivant un mode de réalisation très simple au -laire. According to a very simple embodiment

point de vue de la technique de fabrication, une bride de rac- point of view of the manufacturing technique, a flange of

cordement est collée dans la cavité de la partie d'assemblage. cord is glued into the cavity of the joining part.

Dans le cas des arbres en matière renforcée par des fibres, la '. In the case of trees made of material reinforced with fibers, the '.

bride de raccordement peut être entourée dans l'enroulement et flange connection can be surrounded in the winding and

être ainsi directement assemblée avec l'arbre. thus be directly assembled with the tree.

Par la forme géométrique de l'arbre associée avec un arbre et une bride de raccordement en matière plastique, By the geometrical shape of the shaft associated with a shaft and a plastic connection flange,

on crée un arbre qui, avec la masse la plus faible possible,- we create a tree which, with the lowest mass possible, -

garantit la rigidité en torsion requise entre deux points comp- guarantees the required torsional stiffness between two

te tenu de la puissance à transmettre Avec l'asaemblagr Bar collage entre la bride de raccordement et l'arbre creux, on Given the power to be transmitted With the asaemblagr Bar bonding between the connection flange and the hollow shaft, one

peut aussi transmettre des forces de valeur limitée dans la di- can also transmit forces of limited value in the

rection de l'axe de l'arbre La bride de raccordement peut the shaft axis The connection flange can

être réalisée en métal.be made of metal.

L'invention sera mieux comprise en regard de The invention will be better understood with regard to

la description ci-après et des dessins-annexés représentant des the following description and accompanying drawings showing

exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: la fig 1 représente en perspective un premier exemple de réalisation; embodiments of the invention, drawings in which: Fig 1 shows in perspective a first embodiment;

la fig 2 est une vue en perspective d'une par- FIG. 2 is a perspective view of a

tie d'assemblage suivant un autre exemple de réalisation. assembly portion according to another embodiment.

-4- La fig 1 représente un arbre de transmission FIG. 1 represents a transmission shaft

comprenait une partie médiane Cylindrique 11 dont les ex- included a Cylindrical median part 11 whose ex-

trémités se raccordent respective Ent à une partie d'assembla- trenches are respectively connected to a part of

ge creuse et elliptique 13 par une partie de transition coni- hollow and elliptical geometry 13 by a conical transition part

que 12 La section de la partie d'assemblage peut prendre une forme quelcorxue différente de celle d'un cercle, par exemple 12 The section of the joining part may take a shape that is different from that of a circle, for example

la forme d'un quadrilatère, d'un Rectangle ou d'un polygone. the shape of a quadrilateral, a rectangle or a polygon.

La fig 2 représente une partie d'assemblage 13 Fig 2 shows an assembly part 13

présentant intérieurement une section octogonale et se raccor- internally with an octagonal section and

i O dant directement à la partie cylindrique 11 '. i O directly to the cylindrical portion 11 '.

L'arbre 10 est réalisé en matière composite ren- The shaft 10 is made of composite material

forcée par des fibres L'arbre creux 10 est alors formé par enroulement'en une seule pièce sur un mandrin démontable, non représenté, des nappes de fibres ou des tissus de fibres pouvant être disposés en supplément dans les zones d'extrémité 12 et 13 The hollow shaft 10 is then formed by winding in one piece on a removable mandrel, not shown, fiber webs or fiber fabrics which can be additionally arranged in the end zones 12 and 13.

pour assurer un renforcement Des fibres appropriées sont cons- to provide reinforcement Suitable fibers are

tituées par les fibres de carbone, les fibres d'aramide et les carbon fibers, aramid fibers and

fibres de verre.glass fibers.

Après l'enroulement de l'arbre 10 et l'enlèvement du mandrin d'enroulement, une bride de raccordement 14 en métal After the winding of the shaft 10 and the removal of the winding mandrel, a metal connecting flange 14

ou en matière plastique est collée dans la cavité 15 de la par- plastic material is glued into the cavity 15 of the

tie elliptique 13 La forme de section elliptique ou polygonale des parties d'assemblage 13, 13 ' permet l'introduction de pièces d'extrémité pour des liaisons d'arbres quelconques telles que des joints de cardan ou des liaisons à cannelures pour garantir The elliptical or polygonal sectional shape of the joining parts 13, 13 'allows the introduction of end pieces for any shaft connections such as cardan joints or splined connections to guarantee

une compensation de longueur axiale. axial length compensation.

Dans le cas des arbres 10 renforcés par des fi- In the case of trees 10 reinforced by

bres, la bride de raccordement 14 peut être liée directement the connection flange 14 can be connected directly

par enroulement sur son pourtour lors du processus d'enroulement. by winding on its periphery during the winding process.

Ainsi, il n'est pas nécessaire de prévoir un collage distinct. Thus, it is not necessary to provide a separate collage.

Dans les applications, par exemple dans les In applications, for example in

aéronefs, la bride de raccordement 14 peut être réalisée en ma- aircraft, the connecting flange 14 can be made manually.

tière plastique pour donner à l'arbre de transmission 10 la masse la plus faible possible La bride de raccordement 14 peut être agencée suivant les besoins, des formes différentes pouvant - être utilisées aux deux extrémités de l'arbre 10 Suivant le The connecting flange 14 can be arranged as required, with different shapes being able to be used at both ends of the shaft 10.

domaine d'application, l'arbre de transmission peut aussi n'ê- field of application, the transmission shaft may also be

tre équipé que d'une seule pièce d'assemblage creuse 13 Des perçages oblongs 16 pratiqués dans la partie de transition conique 12 permettent l'introduction d'outils pour le môntage only equipped with a single hollow assembly piece 13 Oblong holes 16 made in the conical transition part 12 allow the introduction of tools for the môntage

de l'arbre sur un dispositif d'entraînement. of the shaft on a drive device.

-6--6-

Claims

REVENDICA Ti ONS.

1) Tree subjected to torsion, constituted by

a body, hollow at least partially, with a cylindrical part

jig (11), characterized in that a hollow assembly portion (13) is connected to at least one end of the cylindrical portion (11), the inner section, and, if appropriate, outer of this assembly purge being polygonal or

substantially elliptical.

2) Shaft according to Claim 1, characterized in that the cylindrical part (11) widens, at least at one end, by being connected to the hollow assembly part (13)

by a conical or substantially conical transition portion (12)

than.

3) Shaft according to one or other of the claims

1 and 2, characterized in that the shaft (10) is

made of composite material reinforced with fibers.

Tree according to Claim 3, characterized

in that the cylindrical part (11) is constituted, jointly

with the end parts (12, 13) by several layers

of fibers rolled up in a single operation.

A shaft according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the shaft (10) is surrounded on its outer surface and, if appropriate, on its inner surface.

by a layer of glass fibers or aramid fibers.

6) Shaft according to claim 3, characterized

in that the end portion (12, 13) of the shaft (10)

carries fiber webs or fiber fabrics between

layers of fibers rolled up.

7) Tree according to any one of the claims

1 to 6, characterized in that a connection flange (14) is glued or wrapped in the cavity of the

assembly part (13).