FR2566489A1 - Joint homocinetique a couple eleve en elastomere - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN PALIER EN ELASTOMERE COMPRENANT UNE CAGE INTERNE, UNE CAGE EXTERNE ET UNE ALTERNANCE DE COUCHES D'ELASTOMERE ET D'ARMATURES DE SEPARATION INTERPOSEES ENTRE LES CAGES. CE PALIER EST CARACTERISE EN CE QUE LE PALIER 10 EST SENSIBLEMENT SPHERIQUE, IL PEUT TOURNER AUTOUR D'UN AXE LONGITUDINAL 20, IL COMPREND DEUX EXTREMITES AXIALES 22, 24, IL EST TRONQUE A L'UNE AU MOINS DE SES EXTREMITES 22, 24 POUR PERMETTRE LA FIXATION D'UN ORGANE ROTATIF A LA CAGE INTERNE 12, ET LES COUCHES D'ELASTOMERE ONT UNE SECTION DROITE TRANSVERSALE NON CIRCULAIRE DANS UN PLAN NORMAL A L'AXE, EN DONNANT LIEU AINSI A LA FORMATION DE LOBES AXIAUX 25.

Description

La présente invention concerne un joint homocinéti-

que à couple élevé utilisant la technologie des paliers en élastomère.

Les joints homocinétiques permettent un écart angu-

laire ou basculement entre les axes d'un dispositif d'en- traînement en rotation et d'une charge sans qu'il en résuite des pulsations dans la charqe, ainsi que cela est le cas

d'un joint Hooke ou Cardan. Autrement dit, il y a une cor-

respondance constante des positions entre les arbres menant et mené. Un type de joint homocinétique qui peut encaisser des charges à couple élevé, utilise des cages métalliques sphériques internes et externes, pourvues de rainures, avec

des paliers à billes entre ces cages. Ces joints sont com-

plexes et onéreux.

Des paliers en élastomère, qui comprennent une al-

ternance de couches d'élastomère et d'armatures de sépara-

tion liées entre elles, présentent de nombreux avantages par rapport aux paliers métalliques conventionnels. "Puisque ces paliers s'accomodent du mouvement par simple flexion de

leurs stratifiés en élastomère, il n'y a aucun élément rou-

lant ou glissant comme dans la plupart des paliers conven-

tionnels. Aucune lubrification et aucun entretien de n'im-

porte quelle sorte ne sont exigés. Des joints d'étanchéité, des enveloppes ou des couvercles anti-poussières ne sont

pas nécessaires et il n'y a ni friction ni usure. Le résuli.

tat de tout ceci est un palier ayant une durée de vie extrê.

mement longue et qui ne nécessite aucun entretien de quelque type que ce soit. En outre une simple inspection visuelle dg la surface du palier, à des intervalles périodiques, es suffisante pour déterminer l'état du palier." (Americai

Helicopter Society Journal, Janvier 1981).

Des matériaux typiques pour un palier en élastomèr sont constitués par des composés caoutchouteux tels qu'u composé constitué de 85% de caoutchouc naturel et de 15% d polybutadiène pour l'élastomère, et une tôle d'acier inoxy

dable pour les arcatures de séparation.

Un exempie d'un joint homocinétique utilisant le techniques des paliers en élastomère est décrit dans 1 brevet U.S. 4.208.889. IUn tel paiier est toutefois relative ment complexe, ii exige une pluralité d'organes de liaison

et au moins autant de paliers en élastomère séparés.

Un autre joint homocinétique utilisant un palier en élastomère est décrit dans le brevet U.S. 3.524.332. Dans ce brevet l'entraInement est réalisé par l'intermédiaire d'un élément annulaire en élastomère. L'aptitude d'un tel

accouplement à transmettre un couple est limitée non seule-

ment par la séparation de l'élément en élastomère de son moyeu associé mais encore, fondamentalement, par le faibie module de cisaillement de l'élastomère puisque ce palier

réagit à un couple en cisaillement.

Par conséquent un but de la présente invention est de fournir un joint homocinétique capable de transmettre des couples élevés tout en permettant en défaut d'alignement angulaire entre un arbre d'entraînement et une charge, et

qui bénéficie de la technologie des paliers en élastomère.

Suivant l'invention un palier en élastomère sensi-

blement sphérique comprend une cage interne, une cage exter-

ne et une alternance de couche d'élastomère et d'armatures

de séparation non élastiques, liées entre elles, les arma-

tures de séparation étant interposées entre les couches

élastomères avec des rayons croissants. Le palier peut tour-

ner autour d'un axe longitudinal et il comprend deux extré-

mités axiales. Les déviations axiales par rapport à une réelle sphéricité (lobes) donnent au palier une section droite transversale non circuiaire, en particulier dans un plan équatorial qui est normal à l'axe, à midistance entre les extrémités. Les lobes amènent le couple à être encaissé par une flexion de l'élastomère (tension et compression

normaies à chaque couche) au lieu de l'être par un cisaii-

lement dans un plan. Les contraintes de tension produites

par ia flexion de l'élastomère sont réduites par une précon-

trainte des paliers. Par ailleurs le profii du paiier est sensiblement sphérique si bien que ce palier est très souple

en basculement, par suite du cisaillement de l'élastomère.

Les deux extrémités du palier sont tronquées (ouvertes), à savoir l'une pour la fixation d'un organe d'entraînement

rotatif à la cage interne et l'autre pour la symétrie polai-

re qui est nécessaire pour ia caractéristique homocinétique.

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Un organe de charge rotatif est fixé à la cage externe du palier si bien que le palier suivant l'invention fonctionne

comme un joint flexible.

Le joint suivant l'invention peut être utilisé dans l'ensemble d'un système de rotor du type "cardan" dans lequel il transmet le couple à partir du rotor aux pales et

il encaisse également le battement de ces pales.

On décrira ci-après,à titre d'exemples non limita-

tifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en perspective d'une forme

d'exécution du palier suivant l'invention.

La figure 2 est une vue en coupe transversale du palier de la figure 1, par son plan équatorial, avec un

modèle de pression hydrostatique superposé.

La figure 3 est une vue en coupe transversale d'un

palier suivant la technique antérieure.

Les figures 4a et 4b sont des vues en coupe trans-

versale d'un segment de palier modèle, h l'état non chargé sur la figure 4a et à l'état chargé en torsion sur la figure 4b, pour mettre en lumière certains principes mis en oeuvre

dans le palier des figures 1 et 2.

La figure 5 est une vue en coupe transversale d'une variante d'exécution du palier suivant l'invention, par son plan équatorial, avec un modèle de pression hydrostatique superposé.

Les figures 6a et 6b sont des vues en coupe trans-

versale d'un segment de palier modèle, h l'état non chargé sur la figure 6a et chargé en torsion sur la figure 6b, pour

le palier de la figure 5.

La figure 7 est une vue en coupe transversale d'un

joint homocinétique utilisant le palier suivant l'invention.

La figure 8 est une vue en perspective du palier de

la figure 1 comportant quelques modifications.

La figure 9 est une vue en coupe transversale par-

tielle du palier de la figure 2 avec des modifications.

La figure 10 est une vue en coupe transversale par-

tielle du palier de la figure 2 avec des modifications.

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La figure 11 est une vue en perspective, avec ar-

rachement partiel, d'un système de rotor d'hélicoptère du

type utilisant le palier suivant l'invention.

La figure 12 est une vue en coupe axiale et verti-

cale du palier représenté sur la figure 11.

RAIDEUR EN TORSION

Sur la figure i est représentée une forme d'exécu-

tion du palier en élastomère 10 suivant l'invention lequel comprend une cage interne 12, une cage externe 14, et des couches alternées d'un élastomère 16 et des armatures de séparation 18 interposées entre les précédentes, avec des rayons croissants. Le nombre des couches n'est pas limité au nombre représenté sur le dessin et il pourrait même être réduit à une couche unique d'élastomère, sans armature de séparation. La forme générale du palier est sensiblement sphérique et elle présente un axe de rotation longitudinal

20. Le palier 10 est ouvert à l'une au moins de ses extrêmi-

tés afin de permettre l'accouplement d'un dispositif d'en-

trainement en rotation ou d'une charge à la cage interne 12.

Ainsi qu'il est représenté, le palier 10 est ouvert à ses

deux extrémités pour donner une symétrie polaire, en défi-

nissant ainsi un bord supérieur 22 et un bord inférieur 24.

Une hauteur axiale est définie entre les bords 22 et 24. Le palier 10 n'est pas en fait une véritable sphère par suite de lobes longitudinaux ou parties excentrées 25 réparties

autour de son azimut.

Ainsi qu'il est utilisé présentement, le terme "azimut" désigne d'une manière générale une position autour de la circonférence du palier ou un angle de celui-ci, dans un plan normal à l'axe 20. Cependant, puisque le palier

n'est pas réellement sphérique, l'utilisation du terme "cir-

conférence" serait inappropriée.

Les lobes 25 résultent de la section droite trans-

versale non circulaire du palier, comme on peut mieux le voir sur la figure 2, qui représente une section droite du palier 10 dans un plan équatorial normal à son axe et situé h mi-distance entre ses extrémités. Ainsi qu'il sera décrit

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ci-après, la section droite transversale des couches d'élas-

tomère 16 est particulièrement importante en ce qui concerne

l'aptitude du palier à transmettre des charges avec un cou-

ple élevé et cette section droite résulte essentiellement des contours transversaux des surfaces internes (c'est-h-

dire faisant face aux couches d'élastomère) des cages inter-

ne 12 et externe 14.

Le contour transversal de la surface interne de la cage interne 12 est définit par un rayon R1 s'étendant à partir de chacun de quatre points de génération de segments d'arc 26-29 qui sont à la même distance de l'axe 20 et répartis symétriquement (à quatre-vingt-dix degrés les uns des autres, en azimut) autour de cet axe 20. Le rayon R1 est supérieur à la distance entre la cage interne 12 et l'axe 20. Par conséquent le contour transversal de la surface interne de la cage interne 12 est défini par quatre segments arqués 30-33, non concentriques, se raccordant les uns aux autres, les intersections de ces segments étant constituées par quatre lobes 34-37 s'étendant vers l'extérieur et qui

sont répartis symétriquement autour de l'azimut du palier.

De même le contour transversal de la surface interne de la cage externe 14 est défini par un rayon R2 qui est supérieur

au rayon R1 des épaisseurs combinées des couches d'élasto-

mère 16 et des armatures de séparation 18, 9 partir des points 26-29. Quatre lobes 38-41 s'étendant vers l'extérieur sont ainsi définis, ces lobes correspondant respectivement, en azimut, avec les lobes 34-37 de la cage interne 12. Les contours transversaux des surfaces externes (c'est-àdire tournées h l'opposé des couches d'élastomère 16) des cages 12 et 14 ne sont pas particulièrement critiques pour la compréhension de l'invention et ils peuvent être adaptés

pour permettre l'accouplement respectivement avec un dispo-

sitif d'entraînement et une charge, de toute manière appro-

priée, ainsi qu'il sera décrit plus loin en référence à la

figure 7.

La section droite d'une couche d'élastomère particu-

lière ou d'une armature de séparation est définie par un rayon approprié qui est supérieur à R1 et inférieur b R2, à

partir des points 26-29, et par une épaisseur.

Ainsi qu'il a été mentionné précédemment, l'aptitude du palier à lastransmission d'un couple résulte des sections droites transversales des couches d'élastomère 16 et elle

sera mieux comprise en se référant b deux modèles.

Le premier modèle est un palier radial sphérique ou cylindrique suivant la technique intérieure, l'un ou l'autre

de ces deux types de palier ayant une section droite trans-

versale circulaire comme il est représenté sur la figure 3.

Dans ce palier une couche d'élastombre 44 est disposée entre une cage interne 46 et une cage externe 48. Lorsqu'un couple est appliqué à la cage interne 46 dans le sens des aiguilles d'une montre, ainsi qu'il est indiqué par la flèche 50, la résistance offerte par la cage externe 48, par suite de la

charge à laquelle elle est reliée, amène la couche d'élasto-

mère à se cisailler dans son plan. Puisque le module de cisaillement des élastomères est très faible, l'aptitude

d'un palier radial sphérique ou cylindrique à la transmis-

sion d'un couple est très limitée.

Le second modèle est constitué par un palier ayant une section droite transversale carrée et un axe central 52, comme il est représenté sur les figures 4a et 4b. Une couche d'élastomère 54 est disposée entre une cage interne 56 et une cage externe 58. La figure 4a représente le palier à l'état non chargé. Lorsqu'un couple est appliqué à la cage interne 56, autour de l'axe 52, dans le sens des aiguilles d'une montre, ainsi qu'il est indiqué par la flèche 60, et

que la cage externe 58 résiste, la cage interne 56 est dé-

placée légèrement dans la direction ob s'exerce le couple, c'est-à-dire dans le sens des aiguilles d'une montre comme il est représenté sur la figure 4bo Le couple appliqué et par conséquent le décalage de la cage interne 56 amènent l'élastomère se trouvant dans une région 64 qui se trouve située, dans le sens d'application du couple, "après" un coin 66, à être mise en compression. Les forces de réaction résultant de la compression sont normales à la surface de

couche d'élastomère 54, ainsi qu'il est indiqué par le vec-

teur 68. Puisque le vecteur de réaction 68 "manque" l'axe central 52, c'est-à-dire qu'il ne recoupe pas cet axe, il en résulte qu'un moment est produit dans une direction opposée

à celle du couple appliqué.

Dans une autre région 70, qui est située, dans le

sens d'application du couple, "avant" un coin 72, l'élasto-

mère est mis en tension. Les forces de réaction dues à la

mise en tension de l'élastomère 54 sont normales h la surfa-

ce ainsi qu'il est indiqué par le vecteur 74. Puisque le vecteur de réaction 74 ne passe pas par l'axe 52, il en résulte qu'un moment est produit dans une direction opposée à celle suivant laquelle le couple est appliqué. Les forces de réaction précitées qui sont associées aux régions 64 et sont typiques pour la totalité du périmètre du palier et

elles donnent û ce palier une raideur en torsion.

Le contour transversal non circulaire du palier et par conséquent la section droite transversale non circulaire des couches de l'élastomère amènent cet élastomère à fléchir (compression et tension normales à la couche d'élastomère) au lieu d'être soumis à un cisaillement (dans son plan) en réponse au couple appliqué. L'élastomère constitué, par

exemple, de 85 % de caoutchouc naturel et de 15 % de poly-

butadiène, qui a un module de compression de l'ordre de plu-

sieurs centaines de mégapascals, réagit facilement en com-

pression. Par ailleurs la tension est compensée par la ré-

sistance à la traction de l'élastomère qui est comparative-

ment faible quoiqu'en fatigue elle soit au moins de six fois le module de cisaillement. La tension peut être réduite dans des limites acceptables par des techniques de précontrainte

du palier qui sont bien connues dans la fabrication de pa-

liers frontaux de tige. La flexion de l'élastomère au lieu de son cisaillement donne au palier une raideur en torsion

permettant la transmission d'un couple. Les principes méca-

niques de ce modèle à une seule couche d'élastomère 54 peu-

vent s'appliquer au palier de la figure 2 comprenant plu-

sieurs couches d'élastomère 16.

Si on revient à la figure 29 on voit qu'un couple est appliqué à la cage interne 12 autour de l'axe 20, dans le sens des aiguilles d'une montre9 ainsi qu'il est indiqué par la flèche 76, et qu'à ce couple s'oppose la cage externe 14. Le contour transversal non circulaire du palier amène les couches d'élastomère à fléchir. Par conséquent, dans une région 78 qui se trouve située "après" un lobe dans le sens d'application du couple, tel que le lobe 34 (38), des forces de réaction en compression sont exercées par l'élastomère 16, ainsi qu'il est indiqué par les vecteurs 80- 84, suivant

une configuration de pression hydrostatique répartie déli-

mitée par une ligne en tirets 85. Puisque la pression est normale à la surface, les vecteurs 80-84 sont focalisés vers l'origine 26 du segment d'arc 30, en "manquant" ainsi l'axe 20 et en créant un moment opposé au couple appliqué. De la même façon dans une région 86 qui est située "avant" un lobe, dans le sens d'application du couple, tel que le lobe 39, des forces de réaction en tension sont exercées par l'élastomère 16, ainsi qu'il est indiqué par les vecteurs 88-92, suivant une configuration de pression hydrostatique répartie délimitée par une ligne en tirets 93. Là encore,

puisque la pression est normale à la surface, tous les vec-

teurs 88-92 sont focalisés à partir du point 26, en "man-

quant" ainsi l'axe 20 et en créant un moment opposé au cou-

pie applique. En un point 94 sur le segment d'arc 30, qui est situé à midistance entre le lobe 34(38) et le lobe

(}9), il y a une transition d'une compression à une ten-

sion et à l'endroit de cette transition les forces de réac-

tion en tension et en compression sont nulles. La configura-

tion des tensions et compressions telle que décrite en ré-

férence au segment d'arc 30, est semblable pour les autres segments d'arc 31, 32 et 33. Ainsi il y a une transition

d'une compression à une tension à chaque lobe et à mi-dis-

tance entre ceux-ci, o les forces de réaction sont nulles.

Entre les points à force de réaction nulle, les forces de

réaction augmentent d'une manière calculable dans des ma-

nuels qui peut être vérifiée par des codes d'éléments finis, tels que ceux connus sous le nom TEXGAP ou NASTRAN, qui représentent d'une manière appropriée le comportement de l'élastomère. Les configurations de la variation de pression représentées ont été données uniquement à titre illustratif et il convient de concevoir un palier pour des gradients progressifs dans les limites autorisées existantes pour la raideur, l'épaisseur, etc... Bien que la somme des forces de

réaction autour de l'azimut du palier soit nulle, la défoca-

lisation (c'est-à-dire le fait qu'elles "manquent" l'axe 20) des forces de réaction engendre un moment non nul qui peut être calculé en intégrant les forces de réaction et les distances auxquelles ces forces "manquent" l'axe 20 sur

l'azimut du palier.

On comprendra que le palier n'est pas parfaitement raide et qu'un certain "enroulement sur lui-même" (rotation

de la cage interne 12 par rapport à la cage externe 14 au-

tour de l'axe 20) se produit avant que l'équilibre ne soit atteint. Par suite de cet "enroulement sur lui-même" les couches d'élastomère 16 sont soumises è un cisaillement, en particulier à l'endroit des milieux des arcs (par exemple au point 94), et à l'endroit des lobes. Cependant, puisqu'un

tel "enroulement" est limité, le cisaillement est corrélati-

vement limité et -il demeure dans des limites acceptables.

Ainsi qu'il a été mentionné précédemment en ce qui concerne le palier des figures 4a et 4b, la raideur en torsion du palier 12 résulte de son contour transversal non-circulaire qui amène le couple appliqué à être compensé principalement en compression et en tension (forces normales) au lieu d'être compensé en cisaillement (forces dans le plan) et la tension est commandée par la précontrainte. En fait il est bon que cette précontrainte soit d'une amplitude supérieure

à la tension de réaction de manière à obtenir une compres-

sion résultante.

Comme autre exemple de raideur en torsion on consi-

dèrera un palier ayant des lobes s'étendant vers l'intérieur et une section droite transversale telle qu'illustrée sur la

figure 5. Pour simplifier la description on a représenté une

seule couche d'élastomère 100 disposée entre une cage inter-

ne 102 et une cage externe 104, bien qu'il soit plus habi-

tuel d'utiliser plusieurs couches d'élastomère séparées par des armatures de séparation non élastiques. Les contours transversaux des surfaces internes des cages interne 102 et externe 104 sont engendrés par des rayons R3 et R4 issus de quatre points 106-109 situés à la même distance de l'axe 110 du palier en éLtant répartis symétriquement autour de cet axe. Le rayon R3 est inférieur à la distance entre la cage interne 102 et l'axe 110 tandis que le rayon R4 est plus

grand que le rayon R3 de l'épaisseur de l'élastomère 100.

Ceci se traduit par une section droite transversale caracté-

risée par quatre lobes 112-115 s'étendant vers l'intérieur

et entre lesquels se trouvent quatre segments d'arc 116-119.

Un modèle est utilisé pour visualiser les contrain-

tes de réaction résultant du couple appliqué. Sur les figu-

res Sa et 6b est représenté un segment d'un palier compor-

tant un lobe schématisé s'étendant vers l'intérieur 120. Une couche d'élestomère 122 est disposée entre une cage interne 124 et une cage externe 126. La figure 6a représente le palier à l'état non chargé. En réponse au couple appliqué dans le sens des aiguilles d'une montre, ainsi qu'il est indiqué par la flèche 128 sur la figure 6b, la cage interne

124 se décale dans-la direction du couple appliqué, en ame-

nant ainsi l'élastomère à fléchir si bien qu'il se trouve en compression dans une région 129 qui est située "avant" le lobe 120 dans le sens du couple appliqué, et qui est en tension dans une région 130 qui est située "après" le lobe

dans le sens d'application du couple.

Si on applique les principes du modèle des figures 6a et 6b au palier de la figure 5, on peut observer que le couple appliqué à la cage interne 102, dans le sens des aiguilles d'une montre, ainsi qu'il est indiqué par une flèche 132, donne lieu à une compression dans une région 134

qui est située "avant" le lobe 113 dans le sens d'applica-

tion du couple, et à une tension dans une région 136 qui est située "après" le lobe 112 dans le sens d'application du couple. Les forces de réaction exercées par l'élastomère 100 sont nulles à l'endroit des lobes et à mi-distance entre eux et il y a une valeur limitée de cisaillement tout autour. La 1i répartition des forces, ainsi qu'il a été décrit à propos de la zone 116 entre les lobes 112 et:113, est un exemple de la répartition sur la totalité de l'azimut du palier. Comme dans le cas de l'exemple de la forme d'exécution comportant des lobes s'étendant vers l'extérieur et dont il a été ques- tion précédemment, les forces de réaction en compression et en tension exercées par l'élastomère 100 sont normales à la surface, ainsi qu'il est indiqué par les vecteurs 138-147, et par conséquent ces forces "manquent" l'axe 110 du palier si bien qu'un moment est engendré, ce moment s'opposant au couple appliqué. De la même façon une précontrainte agissant normalement à la surface permet de réduire la tension dans

des limites fonctionnelles.

On comprendra que le nombre des lobes n'est pas limite à quatre et que n'importe quel modèle mettant en oeuvre le principe de la forme sensiblement sphérique et à lobes axiaux pourrait être utilisable pour la transmission d'un couple. Cependant au moins trois lobes sont nécessaires

pour préserver la symétrie polaire pour obtenir une trans-

mission homocinétique. En outre on comprendra que les lobes engendrés par les segments d'arcs suivant les figures 2 et 5 ne doivent pas être considérés comme étant limitatifs mais plutôt comme illustrant simplement les caractéristiques de

l'invention. Un palier ayant une section transversale poly-

gonale, telle qu'illustrée sur les figures 4 et 6, se tra-

duirait en fait par des "cannelures" plutôt que des lobes

mais, comme il ressort à l'évidence des discussions précé-

dentes, il bénéficierait également de l'essence de l'inven-

tion.

RAIDEUR EN BASCULEMENT

Jusqu'à présent la description de l'invention a été

concentrée sur la section droite transversale du palier.

Pour obtenir une aptitude maximale h la transmission d'un

couple, la section droite transversale du palier en n'impor-

te quelle position de l'axe longitudinal doit être constan-

te, ce qui se traduit, par exemple, par un palier sensible-

ment cylindrique, cannelé ou à lobes. Cependant ceci est indésirable pour un joint homocinétique qui doit permettre un écart angulaire entre les axes ou un basculement entre un dispositif d'entraînement et une charge. On considèrera par exemple l'accouplement décrit dans le brevet US 2.363. 469 qui, comme le montre la figure 4 de ce brevet, est constitué essentiellement par un palier cylindrique à lobes. Le but de cet accouplement est d'obtenir un accroissement progressif de la raideur en torsion de l'accouplement avec la rotation d'un -élément dans l'autre. Cependant une telle configuration ne s'accomode pas particulièrement d'un basculement des

axes. Au contraire il est désirable que le joint homocinéti-

que suivant l'invention s'adapte tout particulièrement à un basculement.

Bien que le palier suivant l'invention soit applica-

ble à des charges rotatives, le basculement est étudié du point de vue "statique". Ainsi qu'il sera indiqué ci-après, le basculement est encaissé essentiellement par cisaillement de l'élastomère qui n'est virtuellement pas affectée en

tension et en compression.

Il est bien connu qu'un palier réellement sphérique

procure le maximum de souplesse du point de vue basculement.

Cependant la section droite transversale à lobes exigée pour l'obtention d'une raideur en torsion empê'che d'utiliser

cette forme. Néanmoins, il est désirable de "former" axiale-

ment le palier de telle façon qu'il soit aussi proche que possible de la forme d'une sphère. Généralement ceci est

réalisé en réduisant la section droite transversale du pa-

lier vers ses extrémités, suivant une fonction sphérique,

afin de donner au palier un profit sensiblement sphérique.

Il y a d'autres moyens pour atteindre ce résultat. L'un de

-30 ces moyens permettant d'obtenir un profit sensiblement sphé-

rique consiste à faire tourner chaque segment d'arc équato-

rial; tel que les segments d'arc 30-33 de la figure 2, au-

tour de son point de génération du segment d'arc associé,

tel que les points 26-29 de la figure 2. Ceci donne un con-

tour axial qui comprend essentiellement quatre centres dans

le plan équatorial.

Pour une vraie sphère le contour axial a un seul centre. Un palier basculant autour de ce centre est très souple. Au contraire le contour axial du palier suivant l'invention a au moins deux centres distincts à raison d'un pour chaque segment d'arc, et aucun d'eux ne coincide avec le centre du plalier autour duquel ce palier bascule. (Le centre du palier peut être défini comme étant l'intersection de l'axe 20 et du plan équatorial). Par conséquent ie palier suivant l'invention est quelque peu plus raide qu'une vraie

sphère.

Un autre moyen pour obtenir un profil sensiblement

sphérique consiste à définir des sections droites pour cha-

que plan normal à l'axe, en réduisant la section droite suivant une fonction sphérique proportionnellement à la distance entre un plan particulier et le plan équatorial, autrement dit en réduisant la sectiondroite en direction des extrémités. Ceci est réalisé aisément en choisissant des points de génération des segments d'arc pour chaque plan

normal qui correspondent, en azimut, aux points de généra-

tion des segments d'arc sur le plan équatorial mais qui sont

successivement de plus en plus proches de l'axe, et en choi-

sissant d'une manière correspondante des rayons de plus en plus petits pour engendrer les segments d'arc. Le décalage de ces points par rapport à l'axe peut même être réduit à zéro, à l'extrémité tronquée ou au bord, au lieu de l'être à

l'extrémité "virtuelle" du palier. En engendrant individuel-

* lement chaque section droite transversale, au lieu de faire tourner chaque segment d'arc équatorial autour de son point de génération du segment d'arc équatorial, les centres du contour axial sont définis d'une manière plus vague et ils coïncident moins avec le centre du palier, ce qui rend ce

dernier-quelque peu plus raide en basculement.

- Dans n'importe lequel des exemples précités de pour

donner au palier un profil tel qu'il soit sensiblement sphê-

rique, la raideur en torsion du palier est concentrée à l'équateur - car c'est à cet endroit que les lobes sont les

plus grands, que la quantité d'élastomère est la plus impor-

tante et que le bras du moment est le plus long - et elle diminue en direction des extrémités. Ainsi le choix de la technique de détermination du profil peut être basé sur des considérations telles qu'un rapport désiré entre la raideur en torsion et la raideur en basculement, au lieu d'être strictement dicté par la recherche d'un maximum ou d'un minimum. On comprendra que les techniques de détermination

du profil dont il est question présentement, peuvent s'ap-

pliquer aussi bien au palier à lobes dirigés vers l'inté-

rieur qu'au palier à lobes dirigés vers l'extérieur.

JOINT HOMOCINETIQUE

Sur la figure 7 est représenté un joint homocinéti-

que 150 utilisant le palier suivant l'invention, semblable au palier 10 de la figure 1. Autrement dit, des couches

d'élastomère 152 et des armatures de séparation 154 alter-

nées sont interposées entre une cage interne 156 et une cage externe 158. La cage interne 156 comporte un flasque 157 pour sa fixation, d'une manière appropriée, à un organe d'entraînement en rotation 160 qui tourne autour d'un axe d'entraînement 162, tandis que la cage externe 158 présente un flasque 159 pour sa fixetion, d'une manière appropriée, à un organe de charge entraîné en rotation 164, lequel tourne autour d'un axe de charge 166. L'axe d'entraînement 162 coïncide avec un axe nominal du joint qui correspond à l'axe du palier 10. Le joint 150 permet un écart angulaire ou

un basculement entre l'axe de charge 166 et l'axe d'entraî-

nement 162, par cisaillement de l'élastomère. On comprendra

que l'organe d'entraînement et la charge sont donnés unique-

ment à titre illustratif et qu'ils peuvent être interchan-

gés.

ADAPTATION DE LA RAIDEUR EN BASCULEMENT

On considérera le cas d'un palier sensiblement sphé-

rique, à lobes, tel que celui illustré sur la figure 1. Il est clair que son profil peut varier quelque peu suivant l'azimut à partir duquel le palier est vu. Autrement dit la

section axiale faite à travers une paire de lobes est légè-

rement plus grande qu'une section faite entre les lobes, dans les segments d'arc. Une section axiale plus grande se traduit par un moment légèrement plus élevé et un élastomère résistant un peu plus au basculement. Par conséquent la raideur en basculement-du palier à l'endroit des lobes est

légèrement supérieure à cette même raideur entre les lobes.

Une autre façon d'analyser la variation de la raideur en basculement en azimut est d'observer le comportement de l'élastomère pour un basculement de quatre vingt dix degrés, alors qu'il est notablement tordu. Pour un basculement à

travers un segment d'arc entre les lobes, la torsion à qua-

tre-vingt-dix degrés est compensée par un cisaillement de l'élastomère dans un segment d'arc. Pour un basculement à travers un lobe, la torsion h quatre-vingt-dix degrés est compensée à la fois par un cisaillement et une flexion à l'endroit d'un autre lobe. Ainsi qu'il a été dit à propos du

couple, l'élastomère est plus raide en flexion qu'en cisail-

lement. Pour certaines applications, il est désirable de "tailler" ou adapter la raideur en basculement du palier de

telle façon qu'elle soit uniforme pour n'importe quel azi-

mut.

Suivant un 'principe pour adapter la raideur en bas-

culement du palier, on fait en sorte que la hauteur du pa-

lier et par conséquent sa section axiale globale soit rédui-

te localement, à l'endroit d'azimuts o sans cela la raideur en basculement serait plus élevée. Ceci est illustré sur la figure 8 qui montre un palier 170 comportant quatre lobes

172 s'étendant vers l'extérieur. Le palier 170 est sensible-

ment le même que le palier 10 de la figure 1 sauf en ce que ses bords supérieur 174 et inférieur 176 ont été profilés de telle façon que la hauteur du palier varie en fonction de l'azimut. Les extrémités non profilées 22 et 24 du palier 10 de la figure 1 sont indiquées par des lignes en tiret. A l'endroit des lobes-172 la hauteur du palier est réduite tandis que cette hauteur prend une valeur maximale entre les

lobes.Puisque les bords supérieur 174 et inférieur 176 con-

tribuent peu à la raideur en torsion du palier 170, l'effet néfaste du profilage de ces bords sur l'aptitude du palier à la transmission du couple n'est pas très sensible et en cas de besoin on peut aisément en tenir compte par un dimensionnement global du palier, comme il sera indiqué

ci-après. Le profil précis qui est exigé pour pouvoir obte-

nir une raideur en basculement constante pour tous les azi-

muts, peut être calculé et il peut être vérifié suivant des codes d'éléments finis comme il sera indiqué plus loin. On comprendra qu'une raideur en basculement uniforme peut être obtenue en profilant une seule des extrémités (ou bords) mais le profilage des deux bords permet de conserver une

symétrie polaire.

Une autre technique utilisable pour l'adaptation de la raideur en basculement du palier suivant l'invention

consiste à faire varier localement la dureté de l'élastomè-

re, en fonction de l'azimut, de telle façon qu;un élastomère de plus faible dureté ou plus mou soit utilisé dans des zones qui seraient autrement plus raides, avec un élastomère à dureté uniforme. Si on considère la figure 9, on y voit une coupe transversale partielle d'un palier 180 qui est

essentiellement semblable au palier de la figure 2. L'élas-

tomère 182 à l'endroit d'un lobe 184 est plus mou et par conséquent plus souple que l'élastomère 186 se trouvant entre les lobes. On connait des techniques de construction

de paliers suivant lesquelles on insère dans le palier envi-

ron quatre vingt pour cent de l'élastomère sous la forme d'une feuille solide (calandrée), tandis que le reste de l'élastomère est injecté sous forme liquide, après quoi l'ensemble est amené à durcir. Ces techniques sont bien adaptées pour la mise en oeuvre de la technique d'adaptation ou de modulation de la raideur en basculement. Une réduction de la dureté à l'endroit des lobes a un effet aussi bien sur

la raideur en torsion que sur la raideur en basculement.

Cependant la figure 2 montre que les forces de réaction en compression et en tension, qui interviennent pour la raideur

en torsion du palier, sont minimales. l'endroit des lobes.

Par conséquent, l'effet de l'utilisation d'un élastomère de

moindre dureté à l'endroit des lobes sur la raideur en tor-

sion est réduit au minimum et 9 comme dans l'exemple précé-

dent, on peut en tenir compte par des considérations relati-

ves au dimensionnement initial du palier.

Une variante de la technique permettant de faire

varier localement la dureté de l'élastomère consiste à pré-

voir une région avec un élastomère de plus grande dureté ou raideur à ses extrémités, autrement dit une bande autour de la circonférence, et à faire varier l'étendue ou la hauteur de la bande, localement, afin d'engendrer des variations de

la raideur du palier. Les bords de plus grande dureté en-

traînent également une réduction du bombement de l'élastomè-

re. Une autre technique pouvant être utilisée pour l'adaptation de la raideur en basculement consiste à faire

varier localement l'épaisseur de couches d'élastomère indi-

viduelles, à l'endroit de certains azimuts, en faisant en

sorte que l'élastomère soit plus mince à l'endroit des azi-

muts o le palier serait autrement plus raide, par exemple à l'endroit des lobes. Si on considère la figure 10, on y voit une coupe transversale partielle d'un palier 190 qui est

essentiellement semblable au palier de la figure 2. L'élas-

tomère 192 ê l'endroit du lobe 194 est plus mince et par conséquent plus souple que l'élastomère 196 se trouvent entre les lobes. Ceci est-indiqué par une ligne en tiret 197 qui représente le contour pour une épaisseur d'élastomère uniforme. L'épaisseur d'une couche d'élastomère particulière

est déterminée par l'espace entre les armatures de sépara-

tion ou bien, dans le cas des couches d'élastomère situées le plus à l'extérieur, par l'espace entre une armature de

séparation et la cage du palier. Par conséquent, pour rédui-

re l'épaisseur locale d'une couche d'élastomère, on augmente l'épaisseur locale de la ou des armatures de séparation

adjacentes. Ceci peut être réalisé aisément lorsqu'on ap-

plique, pour la fabrication des armatures de séparation, une

technologie composite, comme il sera précisé plus loin.

L'accroissement de l'épaisseur des armatures de séparation à l'endroit d'un lobe a également pour effet de renforcer

localement l'armature de séparation ce qui est commode comp-

te tenu du gradient de pression à l'endroit des lobes. Sui-

vant l'application envisagée, il peut être nécessaire de réduire localement l'épaisseur d'une ou plusieurs couches

d'élastomère, afin de rendre la raideur en basculement uni-

forme pour tous les azimuts. On comprendra que le fait de

faire varier l'épaisseur d'une armature de séparation en-

traîne une modification de son profil transversal et par conséquent de la focalisation des forces de réaction en

tension et en compression, comme il a été indiqué en réfé-

rence à la figure 2, et que cette variation affecte la rai-

deur en torsion suivant ce mécanisme de même qu'à partir

d'une épaisseur de couche réduite. Cependant les lobes con-

tribuent en eux-mêmes b la raideur en torsion du palier puisque les forces de réaction en compression et en tension sont minimales à cet endroit. Néanmoins on peut avoir à tenir compte de ces effets lors des considérations relatives

au dimensionnement initial.

SYSTEME DE ROTOR DU TYPE A LA CARDAN

Jusqu'à présent la description de l'invention a

porté principalement sur les raideurs en torsion et en bas-

culement d'un palier sensiblement sphérique, è lobes, sui-

vant l'invention. Ces caractéristiques, en plus du fait que le palier forme un joint homocinétique, rendent celui-ci particulibrement utilisables pour certaines applications, en particulier contenu des caractéristiques relatives à l'adaptation de la raideur en basculement, de telle façon que cette raideur en basculement puisse être rendue uniforme

pour tous les azimuts, afin de ne pas introduire des vibra-

tions dans une charge rotative accouplée au palier.

On considbrera maintenant un système de rotor d'hé-

licoptère b du type "cardan" dans lequel une partie du battement du rotor est encaissée par un basculement d'un moyeu du rotor par rapport b un arbre du rotor, au lieu d'être encaissée par des articulations individuelles pour chaque pâle. Ainsi qu'il a été indiqué précédemment, un joint du type Hooke peut transmettre à la fois un couple et un basculement élevés mais il introduit des pulsations cycliques dans la charge qui, dans le cas d'un hélicoptère, sont très indésirables non seulement du point de vue du confort des passagers mais encore, ce qui est beaucoup plus important, du point de vue de la commande0 Par conséquent il est connu de pourvoir un sys-tème de rotor avec un palier

universel, tel qu'un joint à rotule, pour encaisser le bat-

tement, et des moyens séparés, tels qu'un caisson rigide en torsion, pour appliquer le couple moteur au rotor. Des exemples de ces systèmes sont décrits dans le brevet U.S. 4 323 332. Au contraire le palier sensiblement sphérique, à

lobes axiaux, suivant l'invention offre la possibilité d'en-

caisser le couple et le basculement (battement) dans un seul composant compact, ce qui permet de réduire les dimensions, le nombre des parties et leur complexité, tout en conservant le bénéfice des caractéristiques avantageuses des paliers en élastomère. Le système de rotor d'hélicoptère de la figure 11 comprend quatre pales 200 attachées, par l'intermédiaire

d'un moyeu 202, à un arbre de rotor 204. On comprendra natu-

rellement que le nombre des pales n'est pas limité à quatre.

Une pale 200 est attachée à son extrémité interne ou pied, à un tube de torsion 206 qui est constitué essentiellement par un manchon raide en torsion, qui est aplati à son extrémité externe à laquelle est fixée la pale, afin de s'adapter à cette pale 200. L'autre extrémité ou extrémité interne du tube de torsion 206 est adaptée de manière h être reliée,

par l'intermédiaire d'un palier 208, au moyeu 202, h l'en-

droit d'une bride 10. Le palier 208 est de n'importe quel type et il peut être, par exemple, constitué par un palier

en élastomère radial ou un palier sphérique métallique con-

ventionnel (ainsi qu'il est représenté.), qui permet la rota-

tion du tube de torsion 206 autour de l'axe longitudinal de la pale. Ainsi qu'il apparaîtra d'une manière évidente, il n'est pas nécessaire que le tube de torsion 206 ou le palier

208 puisse encaisser les charges centrifuges des pales.

Une tige de commande 212 est actionnée par le pilote

et/ou par le système de pilotage automatique, par l'intermé-

diaire d'actionneurs et d'un plateau oscillant (non repré-

sentée). La tige 212 est reliée, par un bras de commande du pas 213, h l'extrémité interne du tube de torsion 206 de telle façon que le mouvement linéaire de la tige 212 soit transformé en un mouvement de rotation de la pale entraînant une modification du pas, mouvement qui est imparti, par

l'intermédiaire du tube de torsion 206, à la pale 200.

Une poutrelle longitudinale 214 est fixée, à son extrémité interne, au moyeu 202, à l'endroit de la bride 210. A son autre extrémité externe la poutrelle 214 est fixée, d'une manibre appropriée, à la pale 200, au point o

cette pale 200 est reliée au tube de torsion 206 ou à proxi-

mité de ce point. Les matériaux utilisés pour la poutrelle 214 et sa configuration sont choisis de manière que cette poutrelle 214 soit souple en torsion pour permettre des variations du pas des pales et qu'elle soit relativement raide lorsqu'elle fléchit en réponse au battement des pales et même encore plus raide en réponse au mouvement avance/retard. La poutrelle 214 peut être constituée par un profilé en I formé de matériaux composites qui satisfont à

ces paramètres de conception. Les forces centrifuges aux-

quelles la pale est soumise, sont encaissées le long de la

poutrelle 214 plutôt que dans le tube de torsion 206.

Ainsi qu'il a été mentionné précédemment, un princi-

pe fondamental des systèmes de rotor du type "cardan" est que le moyeu encaisse au moins une partie de l'ensemble du battement du rotor.-A cet effet le moyeu 202 est fixé à

pivotement de manière à pouvoir "battre" par rapport à l'ar-

bre du rotor 204, de la manière suivante, en taisant en sorte que le système de rotor suivant l'invention soit en fait un rotor du type "cardan" Le moyeu 202 est essentiellement un palier ou joint semblable au palier 10 de la figure 1. Autrement dit le moyeu 202 comprend une cage interne 216 (correspondant à la cage 12), une cage externe 218 (correspondant à la cage 14), et des couches alternées d'élastomère 220 (correspondant aux couches 16) et des armatures de séparation non élastiques 222 (correspondant aux armatures 18) iqterposées entre les couches d'élastomère avec des rayons croissants. Le nombre

des couches n'est pas limité au nombre illustré.

L'aptitude du moyeu 202 à transmettre un couple résulte de lobes longitudinaux 223 qui affectent la section transversale des couches d'élastomère, comme il a été décrit en détail précédemment. La différence principale entre le moyeu 202 et le palier 10 (de la figure 1) réside dans les faces extérieures (tournées à l'opposé de l'élastomère) des cages. On comprendra que la cage externe 218 distribue le couple d'entraînement à toutes les pales 200, d'une manière sensiblement égale, indépendamment du fait que les lobes sont disposés à l'endroit des pales ou entre celles-ci. I1 n'est même pas nécessaire que le nombre des pales soit égal

au nombre des lobes ou vice-versa.

La surface externe de la cage interne 216 est pour-

vue d'une bride, telle que la bride annulaire plate 224, qui est conçue pour être fixée, par exemple au moyen de boulons, sur une surface correspondante de l'arbre de rotor 204, afin de recevoir de celui-ci le couple d'entraînement. La cage

interne 216 est coaxiale avec l'arbre de rotor 204.

La surface externe de la cage externe 218 est pour-

vue des brides 210 pour la fixation de chaque poutrelle 214

et du tube de torsion associé 206. Puisque les forces cen-

trifuges des pales pour la totalité des quatre pales 206 sont transmises le long des poutrelles respectives 2149 les forces centrifuges des pales sont encaissées entièrement par la cage externe 218. Par conséquent cette cage externe doit

être dimensionnée d'une manière correspondante9 en particu-

lier en épaisseur. Dans le cas d'une cage externe 218 en matériau composite, c'est-à-dire non métallique, on peut

utiliser avantageusement l'orientation des fibres.

Ainsi, dans le système de rotor, le couple et le battement sont encaissés par un palier ou joint unique. Les mouvements avant/arrière sont encaissés ou amortis par

"l'enroulement" du palier, comme il a été indiqué précédem-

ment. On comprendra que le battement est réparti entre le moyeu 202 et les poutrelles 214, par exemple à raison de 70% pour le premier et 30 % pour les secondes. Le système de

rotor représenté et décrit a été donné uniquement pour il-

lustrer une application du joint suivant l'invention et beaucoup d'autres configurations de rotor peuvent bénéficier

de l'utilisation d'un tel joint. Dans le contexte d'un sys-

tème de rotor le "battement" est l'équivalent du "bascule-

ment" dont il a été question précédemment.

Pour autant que des géométries particulières des

lobes soient concernées, des lobes s'étendant vers l'inté-

rieur ou vers l'extérieur conviennent tout à fait à l'utili-

sation du palier suivant l'invention dans un système de rotor d'hélicoptère du type "cardan". Des conceptions

particulières dépendent largement- des applications indivi-

duelles. Par exemple, on peut établir le rapport entre la raideur en torsion et la raideur en basculement, ainsi que

les fréquences naturelles sur les bords.

ENCAISSEMENT DE LA CHARGE AXIALE

Les exposés précédents relatifs à la raideur en

torsion, à la raideur en basculement, au caractère homociné-

tique et aux charges centrifuges dnt tous concernés l'incor-

poration du palier suivant l'invention dans un système de

rotor d'hélicoptère du type "cardan". Cependant,.à la dif-

férence de beaucoup d'autres systèmes mettant en oeuvre l'accouplement d'un dispositif d'entraînement à une charge, il y a, dans un système de rotors, une exigence additionnelle du fait que le palier doit être capable d'encaisser une

charge axiale telle que la portance produite par le rotor.

Généralement l'aptitude d'un palier en élastomère en ce qui concerne l'encaissement d'une charge est liée à la section droite et à l'orientation des couches d'élastomère par rapport à la charge. Par exemple un palier d'extrémité de tige ou pour embout à rotule qui est essentiellement un palier sphérique tronqué à ses deux extrémités opposées, est soumis à des charges radiales qui sont encaissées par la compression de l'élastomère d'un côté du palier et par la tension de l'élastomère du côté opposé. Ainsi qu'il a été exposé précédemment, la tension de l'élastomère est réduite par une précontrainte. Au contraire, dans le cas du palier suivant l'invention, l'extrémité o une charge axiale peut être encaissée de la manière la plus efficace (c'est-à-dire par compression de l'élastomère) est tronquée. Une tentative

pour encaisser une charge axiale consisterait à ne pas tron-

quer-le palier à l'extrémité en compression, en laissant

seule tronquée l'extrémité opposée (en tension) pour rece-

voir la fixation à la cage interne.-- Dans le système de rotor de la figure 11, ceci se traduirait par le fait de ne pas tronquer l'Iextrémité du palier situé du côté de l'arbre

du rotor, mais il est clair que ceci n'est pas possible.

Une première solution au problème de l'encaissement d'une charge axiale consiste à tronquer aussi faiblement que possible l'extrémité du palier qui autrement encaisserait la charge axiale par une compression de l'élastomère. Cependant il y a une limite inhérente à une telle approche, laquelle est imposée par les dimensions du dispositif d'entraînement

et l'amplitude du basculement.

Dans le tas o les deux extrémités du palier sont tronquées, il n'y a pas d'élastomère là o il serait le plus utile. Un problème annexe à l'aptitude réduite d'un -tel palier à encaisser une charge axiale est qu'une telle charge provoque une distorsion axiale du palier, autrement dit des couches successives sont déplacées ou décalées axialement d'une manière croissante en réponse h la charge axiale, et

ceci entraîne à son tour un raidissement du palier en bascu-

lement. On comprendra que les charges axiales peuvent s'exercer dans l'une de deux directions opposées, en tendant à pousser l'un contre l'autre l'organe menant et la charge ou en écartant l'un de l'autre ces éléments. Ces derniers, qui exercent une force de séparation, sont discutés mais les

enseignements sont également-applicables, dans un sans op-

posé, aux premiers.

Sur la figure 12 est représentée une coupe axiale partielle d'un palier qui. encaisse une charge axiale de séparation sans entraîner un raidissement en basculement. Ce palier est comparable au palier moyeu dans le système de rotor du type "cardan" de la figure 11, sauf en ce que

cette figure 11 ne représente pas les caractéristiques sui-

vantes et que six couches d'élastomère sont représentées, au

lieu de deux. La charge axiale de séparation est l'équiva-

lent de la portance du rotor et elle est indiquée par une force appliquée à la cage externe 218, dans la direction ascendante, ainsi qu'il est représentée par une flèche 224,

force qui est encaissée par la cage interne 216.

Sans cette caractéristique les centres des contours axiaux des différentes couches d'élastomère seraient copla-

naires, dans le plan équatorial, pour permettre une souples-

se maximale en basculement.

Avec la caractéristique précitée, le palier est fabriqué de telle façon que chaque couche successive 220 d'élastomère et par conséquent chaque armature de séparation

successive 222 soient de plus en plus décalées en s'éloi-

gnant de la charge, lorsque leur rayon augmente. Autrement dit le centre du profil axial de la couche d'élastomère

située le plus à l'intérieur est disposé dans le plan équa-

torial 226. La couche d'élastomère qui lui fait suite vers l'extérieur, un rayon supérieur, comme il a été indiqué précédemment, et le centre de son profil axial est situé dans un plan 228 qui est décalé, par rapport au plan de référence 226, dans une direction opposée à la charge axiale de séparation qui est appliquée. Chaque couche d'élastomère suivante est disposée de telle façon que le centre de son profil axial soit, situé dans un plan qui est décalé par rapport au plan de référence 226 dans une direction opposée

à celle de la charge axiale de séparation qui est appliquée.

Un résultat de cette configuration est que l'élastomère est plus épais à l'extrémité du palier qui est opposée à la

charge et qui encaisse cette charge en compression.

Lorsque la charge axiale de séparation ou portance

est appliquée au palier, la cage externe 218 et chaque cou-

che d'élastomère successive cèdent dans la direction de la charge, en entraînant conjointement les centres des profils

axiaux. Dans les conditions idéales le décalage est parfai-

tement adapté à la charge de telle façon que sous l'effet de cette charge tous les centres des profils axiaux se trouvent être placés en coincidence dans le plan équatorial 226 et par conséquent la raideur en basculement est réduite au minimum. Cependant, avec des charges variables, comme cela est usuel dans le cas d'un rotor d'hélicoptère, certains compromis de conception peuvent être nécessaires. Toutefois ceci peut être réalisé par le dim-ensionnement initial du palier. Puisque les centres des profils axiaux coincident moins en l'absence d'une charge axiale, le palier est plus

raide en l'absence d'une charge et par contre est plus sou-

pie en présence d'une telle charge. Ceci est idéal pour un hélicoptère. Par exemple, lorsque l'hélicoptère est parqué ou roule sur la piste, le rotor est raide en basculement si bien que les rafales de vent ne provoquent pas des angles de basculement excessifs. Par contre pour les manoeuvres en

vol, le rotor est beaucoup plus souple à l'égard des batte-

ments. La caractéristique essentielle de cette disposition

est que les couches d'élastomère sont décalées progressive-

ment dans le sens axial, dans une direction opposée à celle d'une charge axiale escomptées, si bien que cette charge amène effectivement les couches à être moins décalées les unes par rapport aux autreso Ce décalage amène une masse

plus importante d'élastomère à être soumise à une compres-

sion pour encaisser la charge. On comprendra qu'une telle caractéristique est indépendante des lobes, autrement dit cette caractéristique serait utile dans le cas d'un palier

sphérique ne comportant pas de lobes axiaux et qui par con-

séquent ne pourrait pas soumettre des charges à un couple élevé. On comprendra que la présente invention concerne un palier sensiblement sphérique, à lobes, qui encaisse une torsion et un basculement et quiintervient en tant que joint homocinétique. La fonction de ce palier est améliorée pour certaines applications en rendant uniforme la raideur

en basculement pour tous les azimuts et en augmentant l'ap-

titude du palier à transmettre une charge axiale. Par exem-

ple ces améliorations sont utiles mais absolument pas es-

sentielles dans le cas de l'application du palier ou du

joint homocinétique à un système de rotor du type "cardan".

Il y a également beaucoup d'autres applications pour le

palier de base, avec des améliorations.

TECHNIQUES DE FABRICATION

Ainsi qu'il a été mentionné précédemment, on peut

disposer d'une manière alternée, plusieurs couches d'élasto-

mère et plusieurs d'armatures de séparation non élastiques entre les cages. En général ces matériaux et les procédés suivant lesquels ils sont assemblés avec les cages, sont

bien connus. Par exemple des composés caoutchouteux convien-

nent particulièrement bien pour l'élastomère et ils peuvent être injectés, sous des pressions élevées, dans le palier, pendant la fabrication, afin d'assurer une précontrainte. Il est également connu de faire varier la dureté d'une couche à l'autre, afin de rendre maximale la durée de vie à l'égard de la fatigue. Il est évident que pour certaines géométries de palier il est nécessaire de diviser les armatures de séparation pendant la fabrication de telle façon qu'elles

puissent être insérées dans le palier. La division des arma-

tures de séparation et l'échelonnement des intervalles sont bien connus, par exemple dans la technique des paliers pour

embout à rotule. Egalement les armatures de séparation doi-

vent être suffisamment épaisses pour pouvoir conserver leurs

dimensions pendant le moulage sous une compression élevée.

Dans le cas général les armatures de séparation ont une épaisseur uniforme et leurs formes correspondent au profil des cages. Cependant,9 dans les applications dans

lesquelles il est désirable de réduire l'épaisseur de l'é-

lastomère dans une zone déterminée, il convient de faire varier l'épaisseur des armatures de séparation. Dans ce cas une couche composite, par exemple du type graphite/résine époxy, convient particulièrement bien pour l'armature de

séparation, particulièrement en combinaison avec des équipe-

ments de conception et de fabrication assistées par ordina-

teur. On comprendra que les armatures de séparation sont exposées aux forces de réaction en tension et en compression

(c'est-à-dire en flexion comme il a été exposé précédem-

ment). Les moments de flexion créés des contraintes élevées

en cercle et il convient d'en tenir compte dans la concep-

tion des armatures de séparation. Par exemple, ainsi qu'il est décrit dans le brevet U.S. 4 142 833, la géométrie du stratifié est conçue de manière à réduire la flexion de ce

stratifié. Au contraire la géométrie du palier suivant l'in-

vention a été déterminée particulièrement de manière à pro-

voquer une flexion du stratifié. Ceci signifie simplement que les armatures de séparation doivent être conçues d'une

manière correspondante.

Dans le dimensionnement initial de paliers pour des études de conception, les techniques analytiques mettent en

oeuvre des méthodes simples basées sur les approches conven-

tionnelles de la résistance des matériaux. Les pressions et

* contraintes moyennes sont calculées en utilisant des for-

mules de manuels et des critères moyens des élastomères

pour le facteur de forme et le module. Des formules empiri-

ques, basées sur des hypothèses grossières de la construc-

tion des paliers, sont disponibles pour établir les dimen-

sions d'ensemble initiales. La raideur d'un palier peut être

calculée, en utilisant les techniques de manuels, pour dé-

terminer sa compatibilité -avec une application spécifique.

Après que l'enveloppe externe du palier a été définie de - cette manière, des détails particuliers du contenu stratifié peuvent être ensuite définis. L'épaisseur des armatures de

séparation et l'épaisseur et le module du stratifié en élas-

tomère peuvent être choisis sur la base de contraintes et/ou raideurs équilibrées de l'élastomère et par les contraintes

en flexion des armatures de séparation. Une géométrie sim-

plifiée et des hypothèses de charge idéalisées sont exi-

gées, à ce stade de l'analyse, à des fins d'itération de la conception. Des charges et/ou mouvements du palier doivent être appliqués individuellement et ajoutés vectoriellement ou bien des efforts doivent être superposes afin d'établir

une compréhension de base des contraintes combinées (armatu-

res de séparation) ou de l'élastomère.

Cette méthodologie ne tient pas compte du comporte-

ment non linéaire effort-contrainte de l'élastomère, et elle ne tient pas compte non plus des non-linéarités intervenant dans l'analyse de n'importe quel problème de contrainte importante. En outre, de nombreux paliers sous charge ont des géométries non symétriques par rapport à un axe et des charges non symétriques par rapport à un axe. Des techniques d'éléments finis sont nécessaires pour obtenir une meilleure compréhension de ces problèmes analytiques fortement non linéaires et à trois dimensions. Des codes d'ordinateur ont été développés, en étant basés sur des programmes tels que

ceux connus sous les noms TEXGAP et NASTRAN, qui sont capa-

bles de traiter certains des problèmes intervenant dans

cette analyse. Ils contiennent des éléments qui sont formu-

lés de manière à refléter le comportement incompressible des

élastomères (coefficient de Poisson voisin de 0,5). La tota-

lité du palier peut être également modélisée. Une définition plus précise de la loi effort/contrainte dans le palier peut

être obtenue avec diverses combinaisons de charge. Les ef-

fets locaux et de bord peuvent être évalués de manière plus

précise. La conception du palier peut être affinée de maniè-

re à obtenir un meilleur équilibre des contraintes de l'é-

lastomère en travers du palier et à réduire au minimum les efforts des armatures de séparation" (American Helicopter

Society 3ournal, January 1981, p. 37; The Sikorsky Elasto.

meric Rotor, R. Rybicki).

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Un palier en élastomère comprenant une cage in-

terne, une cage externe et une alternance de couches d'élas-

tomère et d'armatures de séparation interposées entre les cages, caractérisé en ce que le palier (10) est sensiblement sphérique, il peut tourner autour d'un axe longitudinal (20), il comprend deux extrémités axiales (22,24), il est tronqué à l'une au moins de ses extrémités (22,24) pour permettre la fixation d'un organe rotatif (160) à la cage

interne (12,156), et les couches d'élastomère ont une sec-

tion droite transversale non circulaire dans un plan normal

à l'axe, en donnant lieu ainsi à la formation de lobes a-

xiaux (25).

2. Un dispositif d'entraînement flexible comprenant le palier suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'organe rotatif (160) solidaire de la cage interne (156) a un axe d'entraînement associé (162) qui est coaxial avec l'axe du palier, un organe rotatif (166) solidaire de la cage externe (158) a un axe d.e charge associé (166), et le

palier permet d'obtenir un défaut d'alignement axial, c'est-

b-dire la formation d'un angle entre l'axe d'entraînement

(162) et l'axe de charge (166).

3. Un joint homocinétique comprenant le palier sui-

vant la revendication 1 caractérisé en ce que les deux ex-

trémités du palier (10) sont tronquées, le palier (10) com-

prend au moins trois lobes (25), l'organe rotatif (160) solidaire de la cage interne (156) a un axe d'entraînement

associé (162) qui est coaxial avec l'axe du palier, un orga-

ne rotatif (166) solidaire de l cage externe (158) a un axe de charge associé (166), et le palier permet d'obtenir un défaut d'alignement axial, c'est-à-dire la formation d'un angle entre l'axe d'entraînement (162) et l'axe de charge

(166).

4. Un palier suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la section droite transversale non circulaire dans le plan normal à l'axe est constituée de segments d'arc non concentriques (30-33), se recoupant, qui sont définis par un rayon (R1;R2) à partir d'au moins deux points (26-29) dans le plan qui sont décalés symétriquement par rapport à l'axe (20), chaque segment d'arc (30-33) étant

associé à l'un des deux points au moins.

5.Un palier suivant la revendication 4 caractérisé en ce que le rayon est supérieur à la distance entre la

couche d'élastomère (16) et l'axe (20).

6. Un palier suivant la revendication 4 caractérisé en ce que le rayon est inférieur à la distance entre la

couche d'élastomère (16).et l'axe (20).

7.Un palier suivant la revendication 4 caractérisé

en ce qu'un plan équatorial est normal à l'axe (20), à mi-

distance entre les extrémités (22,24), les deux points au moins (26-29) sont situés dans le plan équatorial et le profil du palier est défini par les projections en rotation de chaque segment d'arc (30-33) autour de son point associé (26,29), en définissant ainsi une dimension transvervale

principale du palier dans le plan équatorial.

8. Un palier suivant la revendication 4 caractérisé

en ce qu'un plan équatorial est normal à l'axe (20), à mi-

distance entre les extrémités (22924), les deux points au moins (26-29) sont situés dans le plan équatorial et les sections droites transversales dans d'autres plans normaux à l'axe sont définies par d'autres rayons à partir d'au moins

deux autres points qui sont décalés symétriquement par rap-

port à l'axe (20)9 le décalage des deux autres points au moins et le rayon associé diminuant vers zéro9 pour chacun

des autres plans, suivant une fonction sphérique proportion-

nellement à la distance entre un autre plan normal à l'axe et le plan équatorial, en définissant ainsi une dimension

transvervale principale du palier dans le plan équatorial.

9.Un palier suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'une caractéristique de l'élastomère est modifiée localement de telle façon qu'il y ait une moindre résistance à l'encontre du basculement aux azimuts o le palier serait autrement raide, si bien que la raideur en basculement peut

être rendue uniforme pour tous les azimuts.

10.Un palier suivant la revendication 9 caractéri-

sé en ce que la caractéristique est une hauteur axiale associée à l'élastomère et la hauteur de l'élastomère est réduite localement aux azimuts o autrement le palier se trouverait raide en basculement.

11. Un palier suivant la revendication 9 caracté-

risé en ce que la caractéristique est une épaisseur asso-

ciée à l'élastomère et l'épaisseur de l'élastomère est ré-

duite localement aux azimuts o autrement le palier se trou-

verait raide en'basculement.

12. Un palier suivant la revendication 9 caracté-

risé en ce que la caractéristique est la dureté de l'élas-

tomère et la dureté de l'élastomère est réduite localement aux azimuts o autrement le palier se trouverait raide en

basculement.

13. Un palier suivant la revendication 1 caracté-

risé en ce que les centres des profils axiaux des couches d'élastomère (220) sont décalés progressivement dans le sens axial, d'une couche à l'autre, dans une direction opposée à celle d'une charge axiale, à l'état non charge, si bien que

la charge amène les centres des profils axiaux des différen-

tes couches (220-) à être moins décalés les uns par rapport

aux autres.

14. Un joint homocinétique à palier sphérique en élastomère comprenant une cage interne, une cage externe et une alternance de couches d'élastomère et d'armatures de séparation interposées entre les cages, caractérisé en ce

que le palier (10) est sensiblement sphérique, il peut tour-

ner autour d'un axe longitudinal (20), il comprend deux extrémités axiales (22,24), il est tronqué à l'une au moins de ses extrémités (22,24) pour permettre la fixation d'un organe rotatif (160) à la cage interne (12,156), les couches

d'élastomère ont une section droite transversale non circu-

laire dans un plan normal à l'axe, et les centres des pro-

- fils axiaux des couches d'élastomère (220) sont décalés progressivement dans le sens axial, d'une couche à l'autre, dans une direction opposée à celle d'une charge axiale, à l'état non charge, si bien que la charge amène les centres des profils axiaux des différentes couches (220) à être

moins décalés les uns par rapport aux autres.

15. Une armature de séparation pour un palier sui-

vant la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle présente une section droite transversale non circulaire dans un plan normal à l'axe,

16. Un système de rotor pour un hélicoptère compor-

tant un arbre de rotor et des pales reliées à cet arbre par l'intermédiaire d'un moyeu, caractérisé en ce que le moyeu (202) comprend une cage interne (216), une cage externe (218) et une alternance de couches d'élastomère (220) et d'armatures de séparation (222) interposées entre les cages

(216,218), le moyeu (202) peut tourner autour d'un axe Ion-

gitudinal qui est coaxial avec l'axe de l'arbre du rotor (204), le moyeu (202) est tronqué h l'une au moins de ses extrémités pour permettre la fixation de la-cage interne

(216) à l'arbre du rotor (204), les pales (200) sont atta-

chées à la cage externe (218), et les couches d'élastomère (220) ont une section droite transversale non circulaire

dans un plan qui est normal à l'axe du moyeu, afin d'encais-

ser le couple transmis à partir de l'arbre du rotor (204)

aux pales (200), et elles sont également sensiblement sphé-

riques pour encaisser le battement des pales (200).

17.Un système de rotor suivant la revendication 16 caractérisé en ce que l'extrémité de chaque pale proche du

moyeu ou pied est attaché à la cage externe (218) par l'in-

termédiaire d'une poutrelle (214) souple en torsion, et un tube de torsion (206) entoure chaque poutrelle (214), il est attaché, à l'une de ses extrémités, au pied de la pale correspondante (200) et à son autre extrémité il est fixé, de manière à pouvoir tourner, au moyeu (202), ce tube de torsion (206) étant adapté pour transmettre les changements

de pas h la pale (200).

18. Un système de rotor suivant la revendication 16 caractérisé en ce que la poutrelle (214) est constituée par un profilé en I.