FR2780460A1

FR2780460A1 - Arbre de transmission de puissance

Info

Publication number: FR2780460A1
Application number: FR9908139A
Authority: FR
Inventors: Tatsuo Nakajima
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 1999-12-31
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: FR2780460B1; KR20000006487A; US6464591B1

Abstract

Arbre de transmission de puissance se présentant sous la forme d'un manchon obtenu en enroulant en couches minces une membrane, un film, une feuille ou une feuille mince. Il comprend une partie médiane longitudinale (7) constituée de couches de plastique renforcé de fibres (PRF) seul, une partie de transition (8) disposée entre la partie médiane (7) et chaque partie d'extrémité (9), en étant constituée d'une couche composite de couches de PRF et de couches de métal, les parties d'extrémité (9) étant constituées de couches de métal seul.

Description

Arrière plan de l'invention Domaine de l'invention

La présente invention concerne un arbre de trans-

mission de puissance se présentant sous la forme d'un manchon formé en enroulant en couches successives une membrane, un

film, une feuille ou une feuille mince.

Ainsi, l'invention concerne un arbre rotatif des-

tiné à transmettre de la puissance et, plus particulièrement, un arbre de transmission de puissance représenté par un arbre propulseur ou un arbre d'entraînement utilisé comme arbre de

transmission de puissance pour automobiles.

Art antérieur

L'arbre propulseur utilisé comme arbre de trans-

mission de puissance d'une automobile consiste en un arbre propulseur destiné à transmettre la puissance du dispositif d'engrenage à vitesse variable au dispositif d'engrenage de réduction de vitesse, cet arbre étant relié à ces dispositifs par des joints à vitesse constante montés sur ses extrémités opposées, la construction étant telle qu'on soit capable de s'adapter à des changements de longueur et d'angle produits

par des changements de la position relative entre le disposi-

tif d'engrenage à vitesse variable et le dispositif d'engre-

nage de réduction de vitesse.

Comme joints et comme arbre intermédiaire disposé entre ces joints, constituant l'arbre propulseur, il a été de pratique courante d'utiliser des pièces en acier. De plus, du point de vue de la rigidité à la courbure, un arbre plus long est construit de façon qu'il soit divisé en trois ou quatre parties, et que la zone intermédiaire soit supportée par un support de palier central. Par suite, il a été nécessaire d'améliorer cette construction du point de vue du poids, du coût, etc. Ainsi, récemment, comme représenté par exemple à la figure 10, on a proposé d'utiliser un arbre creux réalisé en plastique renforcé de fibres (qu'on appellera ci-après PRF) présentant une rigidité élevée à la courbure (voir le

brevet Japonais Kokai Hei 3-249429). Ce changement de maté-

riau pour passer de l'acier au PRF permet non seulement d'ob-

tenir une réduction de poids, mais encore d'utiliser un arbre plus long tout en rendant la division de l'arbre inutile, et

en se passant du palier de support intermédiaire, ce qui per-

met ainsi de réduire le poids et le coût.

A ce propos, pour assurer la solidité des parties jointes afin de réaliser la transmission du couple lorsqu'on relie un arbre intermédiaire en PRF à des pièces métalliques aux extrémités de l'arbre, il a été de pratique courante de

donner une forme de section transversale polygonale aux ex-

trémités de l'arbre, de rendre rugueuses les surfaces de con-

tact, par exemple par moletage, dans la partie o les extrémités de l'arbre creux se recourbent, de sertir l'arbre creux en PRF, ou d'introduire de force une pièce métallique

dans le noyau de l'arbre creux, pour obtenir ainsi la jonc-

tion. De plus, on a conçu divers autres moyens, comprenant

l'application d'une colle, pour assurer la jonction à l'in-

terface de contact entre l'extrémité de l'arbre creux en PRF et une pièce métallique, et l'utilisation d'un traitement tel

qu'un traitement pour rendre la surface rugueuse, un sertis-

sage ou un emboîtement à la presse, combinés à une colle, de

manière à maintenir la solidité de la jonction.

Cependant, ces procédés posent des problèmes sous un aspect de mise en forme; le traitement des extrémités de l'arbre devient difficile, le diamètre extérieur doit être augmenté pour assurer la solidité de la partie jointe, ou des mesures anti-glissement axial doivent en outre être prises pour assurer la fiabilité. De plus, les procédés qui mettent

en oeuvre un sertissage d'un arbre creux en PRF ou un emboîte-

ment à la presse d'une pièce métallique dans le noyau de

l'arbre creux, entraînent une diminution de la force de liai-

son pendant l'emboîtement du fait d'un fluage ou d'un relâ-

chement de contrainte dans le FRF. Ainsi, un glissement circonférentiel ou un échappement par glissement axial se produisent parfois, ce qui présente de sérieux inconvénients comprenant notamment une perte de fiabilité à long terme dans

les fonctions du produit.

Lorsqu'on considère la partie jointe, on constate que c'est seulement à travers la zone de contact entre le PRF

et la pièce métallique, que la transmission du couple s'ef-

fectue, soit en utilisant la force de frottement mettant en oeuvre comme frottement d'entraînement la force de liaison exercée pendant l'emboîtement à la presse, soit en utilisant la force d'adhérence chimique ou physique d'une colle appli- quée à l'interface de contact. Dans ce cas, pour tenter de

faire face à un couple excessif qui est produit par impul- sions, on diminue la quantité d'emboîtement à la presse de manière à maximiser la zone de l'interface de contact, ou on10 augmente la quantité de déformation élastique du PRF produite par l'emboîtement à la presse. Cependant, pendant la fabrica-

tion et le traitement, des fissures se produisent dans le PRF, o l'on ne peut éviter un fluage ou un relâchement de contrainte pendant l'utilisation, ce qui pose des problèmes à15 la jonction.

D'autre part, dans le cas o un arbre creux réa-

lisé en PRF est utilisé comme arbre intermédiaire dans un ar-

bre propulseur constituant un arbre de transmission de

puissance, pour obtenir un poids plus léger, une faible con-

sommation de carburant, une réduction des coûts, une protec-

tion contre les vibrations et une réduction du bruit, un problème qui doit être résolu vient du fait que le diamètre extérieur de l'arbre creux doit être diminué compte tenu de

la place limitée dans une automobile.

Résumé de l'invention

La présente invention a pour but de créer un ar-

bre de transmission de puissance qui réponde aux exigences d'améliorations ci-dessus et qui soit construit d'une manière

telle qu'elle permette d'effectuer la jonction de pièces mé-

talliques aux extrémités d'un arbre creux en PRF, en utili-

sant une soudure, un clavetage, un emboîtement à la presse,

ou analogue, de manière à assurer la réalisation d'une trans-

mission de couple appropriée dans des conditions de charge

normales, tout en garantissant une solidité de jonction suf-

fisante contre un couple excessif exercé par impulsions, et en conservant la fiabilité des parties jointes pendant une

utilisation à long terme.

Comme moyen technique pour atteindre le but ci-

dessus, la présente invention crée un arbre de transmission de puissance dans lequel la partie médiane longitudinale est

constituée par une structure feuilletée de PRF obtenue en en-

roulant le PRF en forme de tuyau, les extrémités de l'arbre

étant constituées par une structure feuilletée métallique ob-

tenue en enroulant une membrane métallique (film), une

feuille ou une feuille mince, et la partie de transition en-

tre la partie médiane et l'extrémité d'arbre étant constituée par une structure feuilletée composite se présentant sous la forme d'une combinaison de la structure feuilletée de PRF, et d'une structure feuilletée métallique. Les extrémités de l'arbre ou les extrémités d'arbre et la partie de transition assurent la solidité nécessaire pour la jonction des joints

ou analogues, et pour permettre à la jonction d'être mainte-

nue pendant une longue période de temps.

En d'autres termes, dans les parties adjacentes aux extrémités d'arbre, l'arbre comprend successivement, en allant de la partie médiane vers les extrémités d'arbre, une structure feuilletée de PRF seul, une structure feuilletée

comportant une combinaison de films de PRF et de films métal-

liques, et une structure feuilletée de film métallique seul.

Dans la partie de transition comportant la combinaison de films de PRF et de films métalliques, chaque film métallique est collé aux films de PRF en étant pris en sandwich entre

eux, et ces structures feuilletées sont solidarisées en cou-

ches, de sorte que la zone de jonction est remarquablement agrandie. En ce qui concerne l'une quelconque des composantes circonférentielles et axiales d'une force appliquée à l'arbre de transmission de puissance, la force peut être transmise

avec une solidité d'endurance suffisante même si une con-

trainte de cisaillement élevée est produite.

De plus, comme la partie associée à la jonction aux extrémités d'arbre n'est pas un corps de PRF seul, il est

possible de mettre en oeuvre un procédé de jonction parfaite-

ment fiable tel qu'une soudure ou une soudure avec pression de frottement, pour joindre une partie feuilletée métallique et une partie métallique. Par exemple, malgré le fait que le PRF utilise une matière plastique comme matrice même dans la partie de transition comportant une combinaison de films de PRF et de films métalliques, sa structure feuilletée-collée

aux films métalliques améliore considérablement les caracté-

ristiques de fluage et de relâchement de contrainte; par suite, même si l'on utilise un procédé de jonction tel qu'un

emboîtement à la presse, des inconvénients tels qu'un glisse-

ment circonférentiel et un échappement par glissement axial

ne doivent absolument pas se produire, de sorte que la fiabi-

lité de la partie jointe peut être conservée pendant une lon-

gue période de temps.

De plus, en disposant l'angle d'orientation des fibres de PRF constituant le stratifié feuilleté, de manière à combiner des plis de 0 , 90 et 45 par rapport à l'axe de l'arbre creux, il est possible de régler la rigidité à la courbure et la rigidité à la torsion ainsi que d'éviter une déformation radiale (gauchissement). A ce moment, en ce qui

concerne le nombre de plis, il est également possible d'uti-

liser une combinaison convenable pour constituer une struc-

ture feuilletée suivant la vitesse de rotation et le couple associé à l'arbre de transmission de puissance (par exemple

un arbre propulseur).

Pour augmenter la vitesse de rotation critique de l'arbre de transmission de puissance (par exemple un arbre propulseur), il est souhaitable que les fibres constituant le stratifié feuilleté consistent en un matériau présentant une faible densité et un module d'élasticité élevé. Des exemples de telles fibres sont des fibres de carbone de type PAN et de type brai, des fibres de carbure de silicium, des fibres

d'alumine, des fibres de bore, des fibres de verre, des fi-

bres de type para-aramide (Kevlar), et des fibres de métal

(acier, alliage d'aluminium, alliage de titane, cuivre, tung-

stène).

Suivant d'autres caractéristiques de l'inven-

tion: - les couches de PRF sont formées de fibres de carbone de type brai, préimprégnées, par le procédé de laminage de tuyau, - l'épaisseur de la feuille préimprégnée est comprise entre gm et 300 gm, - la résistance à la rupture d'une fibre est de 100 kgf/mm2 (980 Mpa) ou plus, - les couches métalliques sont constituées de fer ou d'un al- liage de type fer, - les couches métalliques sont réalisées en aluminium ou en alliage de type aluminium, - l'épaisseur de chaque couche métallique est comprise entre 1 gm et 300 gm, - une colle est interposée entre les couches métalliques, l'arbre présente une longueur totale se situant dans la

plage de 50 mm à 11000 mm, et un diamètre extérieur se si-

tuant dans la plage de 10 mm à 250 mm,

- les longueurs de la partie d'extrémité d'un côté d'extrémi-

té au moins de l'arbre, et de la partie de transition adja-

cente à celle-ci, sont de 10 mm ou plus et sont inférieures

à 50% de la longueur totale.

Pour une application à l'arbre propulseur (y com-

pris l'arbre intermédiaire), le module d'élasticité en ten-

sion d'une fibre est 1000 kgf/mm2 (9,8 Gpa) ou plus, de

préférence 2000 kgf/mm2 (19,6 Gpa) ou plus. Si elle est infé-

rieure à 1000 kgf/mm2 (9,8 Gpa), la vitesse de rotation cri-

tique de l'arbre propulseur ne peut être augmentée, quel que soit l'angle d'orientation des fibres qu'on peut utiliser

dans le PRF.

La solidité ou résistance d'une fibre est de kgf/mm2 (980 Mpa) ou plus, de préférence 200 kgf/mm2 (1960 Mpa) ou plus. Si elle est inférieure à 100 kgf/mm2 (980 Mpa), la structure est de solidité insuffisante contre le couple agissant sur l'arbre propulseur, quel que soit l'angle d'orientation des fibres qu'on peut disposer dans le PRF.

Deux ou plusieurs de ces fibres peuvent être com-

binées pour l'utilisation. Des fibres ayant une résistance ou

solidité spécifique élevée et un module d'élasticité spécifi-

que élevé sont efficaces pour une réduction de poids, et con-

viennent bien pour une utilisation dans l'arbre propulseur.

Ainsi, des fibres de carbone de type PAN conviennent bien du point de vue de la résistance spécifique, et des fibres de

carbone de type brai conviennent bien du point de vue du mo-

dule d'élasticité spécifique. Du point de vue de la réduction des coûts, on peut utiliser une combinaison de ces fibres de carbone, ou une combinaison hybride de ces fibres de carbone

avec des fibres de verre.

Ces fibres peuvent être sous forme de câble de remorque ou sous forme préimprégnée. Dans le cas de la forme en câble de remorque, celle-ci est formée en article de grand

diamètre à paroi mince par le procédé d'enroulement de fila-

ment, tout en étant immergée dans une résine de matrice non durcie. Dans le cas de la forme préimprégnée, celle-ci est formée en article de grand diamètre à paroi mince, par le

procédé de laminage de tuyau. Pour la formation d'un strati-

fié feuilleté dans lequel l'angle d'orientation des fibres de PRF est disposé en utilisant une combinaison de plis de 0 , et 45 par rapport à l'axe de l'arbre creux, le procédé

de laminage de tuyau utilisant la forme préimprégnée, con-

vient bien. Avec le procédé d'enroulement de filament, il est

difficile d'obtenir un angle d'orientation des fibres de 00.

La forme préimprégnée utilisée dans le procédé de laminage de

tuyau consiste en une feuille demi-durcie de fibres impré-

gnées de résine thermodurcissable, permettant de maintenir la disposition des films dans une direction donnée, un processus

de stratification devant être effectué d'une manière stabili-

sée, et un enroulement devant être effectué avec un angle op-

tionnel d'orientation des fibres. La feuille de fibres devant être utilisée ici peut être un tissu de fils entrelacés à

l'avance à angles droits, en plus d'une direction donnée.

Les résines thermodurcissables pour l'imprégna-

tion en matrice ne sont pas particulièrement limitées. Géné-

ralement, parmi les résines utilisables on trouve la résine époxyde présentant une propriété thermodurcissable, la résine

phénolique, la résine polyester non saturée, la résine d'es-

ter de vinyle, la résine d'uréthanne, la résine d'alkyde, la

résine de xylène, la résine de mélamine, la résine de sili-

cone, et la résine de polyimide. Du point de vue de la soli-

dité, la résine époxyde convient bien. Lorsqu'on utilise une résine époxyde comme matrice, sa résistance à la chaleur ne doit pas être inférieure à 600C et, mieux encore, à 80 C, après avoir utilisé le durcissement de la résine époxyde. La température atmosphérique pour l'arbre propulseur utilisé comme arbre de transmission de puissance dans une automobile, est d'environ 60 C; par suite, si la résistance à la chaleur après le durcissement de la résine époxyde est inférieur à C, de sérieux problèmes tels qu'une rupture peuvent se

produire, et la résine ne peut être utilisée comme matrice.

Il est possible d'utiliser une résine époxyde mo-

difiée à laquelle on donne une résistance aux chocs en ajou-

tant des particules de caoutchouc dans la résine époxyde pour

former une structure d'îlots, et une autre résine époxyde mo-

difiée dont les chaînes principales et latérales sont struc-

turellement modifiées. De plus, il est possible d'utiliser une résine époxyde chargée d'une matière de remplissage telle que du noir de carbone électriquement conducteur, avec une poudre métallique dispersée dans la matière de remplissage pour assurer la conductibilité électrique. Lorsqu'on utilise cette résine, une soudure électrique telle qu'une soudure par

points devient possible. De plus, la solidité d'interface en-

tre la matrice et les fibres peut être améliorée par une ac-

tivation de surface des fibres devant être imprégnées par un

traitement d'oxydation ozonique ou un rayonnement ultravio-

let, en améliorant l'affinité par un traitement humide utili-

sant un agent de couplage de silane ou un agent de couplage

de titane, ou en formant un site de groupes fonctionnels hau-

tement réactifs sur les surfaces des fibres, de manière à ob-

tenir une adhérence solide ayant une liaison chimique après

durcissement avec une résine de matrice thermodurcissable.

Dans le cas de la formation d'une structure feuilletée en utilisant le procédé de laminage de tuyau, une membrane métallique (films), une feuille ou une feuille mince devant être utilisée sur les extrémités de l'arbre, peut être

enroulée sur un tuyau ou analogue, et il n'y a pas de limita-

tion particulière concernant le métal dans la mesure o ce-

lui-ci peut être soumis à un usinage tel qu'un perçage, une soudure ou une soudure à frottement. Cependant, des exemples préférables sont le fer, l'aluminium, le cuivre, le titane et

le tungstène. Des alliages de n'importe lesquels de ces mé-

taux peuvent également être utilisés. De plus, la surface de la membrane métallique (films), de la feuille ou de la feuille mince utilisée sur les extrémités de l'arbre, peut être soumise, pour une activation de surface, à une oxydation ozonique ou à un rayonnement ultraviolet, ou être soumise à un traitement humide par un agent de couplage de silane ou un

agent de couplage de titane, de manière à améliorer l'affini-

té, ou encore peut comporter un site de groupes fonctionnels hautement réactifs formés sur la surface de métal, de manière

à obtenir une adhérence solide présentant une liaison chimi-

que avec la résine de matrice thermodurcissable après durcis-

sement, ce qui permet ainsi d'augmenter la solidité de l'interface entre la matrice et la surface métallique. La surface de la membrane métallique (film), feuille ou feuille

mince utilisée sur les extrémités de l'arbre peut, en combi-

naison avec le traitement de surface, ou seule, être soumise à un traitement pour augmenter la rugosité de surface. Des exemples de traitement pour augmenter la rugosité de surface,

comme indiqué ici, sont le sablage, des traitements de rugo-

sité physique tels que l'étirage, le pressage et le laminage, ainsi qu'un traitement de corrosion chimique utilisant des produits chimiques tels que l'acide nitrique et l'acide chlorhydrique. Lorsqu'on utilise une membrane métallique une feuille ou une feuille mince pour former une structure feuilletée sur les extrémités de l'arbre, par le procédé de laminage de tuyau, on peut utiliser une colle dans les jeux entre les couches de la membrane métallique (film), de la feuille ou de la feuille mince, pour les coller ensemble. La colle devant être utilisée peut être n'importe laquelle de

toutes celles couramment utilisées dans l'industrie. Cepen-

dant, une bande adhésive à la chaleur de type à fusion à

chaud, en forme de film, convient bien sous les aspects d'en-

roulement et de contrôle d'épaisseur du film après durcisse-

ment. Parmi les bandes adhésives à la chaleur de ce type, on trouve les bandes adhésives de type époxyde, de type phénol

nitrile et de type nylon, mais l'utilisation n'est pas parti-

culièrement limitée à ces types. De plus, une colle de type solution consiste de préférence en une colle de structure constituée d'un adhésif de type époxyde contenant de la pou-

dre d'aluminium ou de la poudre d'oxyde de fer, pour permet-

tre une soudure par résistance représentée par la soudure par points. La viscosité de la colle de type époxyde à ce moment est de préférence de 50-10000 poises (5-1000 Pa.s). A moins de 50 poises (5 Pa.s), la colle pourrait parfois s'échapper en s'écoulant du film métallique lorsqu'il est enroulé sur un

mandrin, alors qu'à 10000 poises (1000 Pa.s) ou plus, des in-

convénients peuvent apparaître au cours du traitement, com-

prenant notamment l'inconvénient qu'une application uniforme

de la colle sur le film métallique devient difficile.

Lorsqu'on utilise une bande adhésive à la chaleur

en forme de film, l'opération comprend le perçage de la sur-

face de la bande, l'enroulement de la membrane métallique (film), de la feuille ou de la feuille mince avec la bande adhésive placée sur celleci, l'assurance du passage d'un courant électrique en permettant aux couches de la membrane métallique (film), de la feuille ou de la feuille mince, de venir en contact direct les unes avec les autres à l'endroit

des ouvertures de la bande, la formation de pépites par sou-

dure à résistance représentée par la soudure par points, tout en effectuant la jonction par l'utilisation du durcissement

d'adhérence dû à la chaleur de soudure.

Brève description des dessins

La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée en se référant aux dessins annexés dans lesquels:

- la figure 1(A) et la figure 1(B) sont des vues en demi-

coupe d'un arbre de transmission de puissance illustrant le principe de la présente invention; - la figure 2(A) est une vue en perspective de l'arbre de transmission de puissance; la figure 2(B) est une vue en perspective d'un mandrin; Il

- la figure 3(A) est une vue de face d'une feuille préimpré-

gnée; la figure 3(B) est une vue de dessous de la feuille représentée à la figure 3(A);

- la figure 4(A) est une vue de face d'une feuille préimpré-

gnée; la figure 4(B) est une vue de dessous de la feuille représentée à la figure 4(A); - la figure 5(A) et la figure 5(B) sont des vues de face de feuilles préimprégnées superposées;

- la figure 6 est une vue de face d'une feuille préimpré-

gnée;

- la figure 7(A) est une vue en coupe longitudinale d'un ar-

bre propulseur; la figure 7(B) est une vue agrandie de la partie B de la figure 7(A);

- la figure 8(A) est une vue en coupe longitudinale d'un ar-

bre propulseur; la figure 8(B) est une vue agrandie des parties B1 et B2 de la figure 8(A);

- la figure 9(A) est une vue en coupe longitudinale d'un ar-

bre propulseur; la figure 9(B) est une vue agrandie des parties B1 et B2 de la figure 9(A); et - la figure 10 est une vue en coupe longitudinale d'un arbre

propulseur illustrant l'art antérieur.

Description des modes de réalisation préférentiels

On décrira maintenant un procédé de fabrication,

par le procédé de laminage de tuyau, d'une structure feuille-

tée (arbre creux en PRF) qui comprend, sur les côtés opposes et en allant successivement du milieu vers les extrémités d'arbre, (a) une zone de structure feuilletée en PRF seul, (b) une zone ayant une construction dans laquelle le film de PRF et le film de métal sont feuilletée alternativement, et (c) une zone de structure feuilletée comportant un film de

métal seul ou un film de métal collé par une colle.

Comme représenté à la figure 2(A), un arbre creux de PRF obtenu par le procédé de laminage de tuyau, présente

un diamètre intérieur d, un diamètre extérieur D, et une lon-

gueur SL. On suppose que t1 et t3 sont les épaisseurs des feuilles préimprégnées à utiliser, et que t2 et t4 sont les épaisseurs des films métalliques. De plus, PL est la longueur

de la feuille préimprégnée suivant la direction de l'enroule-

ment, et T=(D-d)/2 est l'épaisseur de post-enroulement.

Dans le cas o l'arbre creux en PRF est utilisé

comme arbre intermédiaire dans un arbre propulseur, la lon-

gueur SL va de 50 mm à 11000 mm, et de préférence de 100 mm à

10000 mm. Si la longueur SL est inférieure à 50 mm, des in-

convénients apparaissent; par exemple une feuille préimpré-

gnée composite de film de PRF préimprégné et de film métallique, qu'on décrira plus en détail ci-après, ne peut être enroulée de manière satisfaisante sur un mandrin (figure 2(B)). D'autre part, si la longueur SL est supérieure à 11000 mm, l'installation de l'arbre dans un véhicule, même lorsqu'on l'utilise dans un camion, une automobile, ou autre

véhicule, doit devenir difficile.

La diamètre extérieur D de l'arbre creux de PRF va de 10 mm à 250 mm, de préférence de 15 mm à 230 mm, et mieux encore de 20 mm à 200 mm. Si le diamètre extérieur D

est inférieur à 10 mm, l'arbre ne doit pas fournir une trans-

mission de couple satisfaisante comme arbre propulseur à uti-

liser dans une automobile, tandis que si le diamètre D est supérieur à 250 mm, cela doit poser des problèmes de place en

interférant avec les autres parties de l'automobile. L'épais-

seur de paroi de post-enroulement T de l'arbre creux de PRF peut aller de 0,3 mm à 30 mm, et de préférence de 0,5 mm à 25 mm. Si l'épaisseur de paroi T est inférieure à 0,3 mm,

l'arbre ne doit pas fournir une transmission de couple satis-

faisante comme arbre propulseur à utiliser dans une automo-

bile, tandis que si l'épaisseur T est supérieure à 30 mm, cela doit poser des problèmes tels qu'une augmentation du temps de durcissement de la résine thermodurcissable de la matrice dans le PRF préimprégné, ce qui augmente à son tour

le coût de fabrication.

La figure 5(A) et la figure 5(B) représentent la

construction de base d'une feuille préimprégnée à utiliser.

De plus, l'arbre creux de PRF devant être obtenu en utilisant cette feuille préimprégnée comprend, aux extrémités opposées et en allant successivement du milieu vers les extrémités de l'arbre, (a) une zone de structure feuilletée de PRF seul, (b) une zone présentant une construction dans laquelle le PRF et le film métallique sont feuilletés alternativement, et (c) une zone de structure feuilletée comportant un film de métal

seul ou un film de métal collé par une colle.

Tout d'abord, comme représenté à la figure 3(A), on prépare une feuille préimprégnée (ABCD) dans laquelle une

* feuille préimprégnée trapézoïdale 1 de PRF (EFGH) est inter-

posée entre les films métalliques trapézoïdaux 2, 2' (AEHD, FBCG) dans une relation bord à bord. On suppose que PL est la

longueur (AD ou BC) de la feuille dans la direction de l'en-

roulement, et que SL est la largeur (AB ou CD) de la feuille.

Comme représenté à la figure 3(B), l' épaisseur de la feuille

préimprégnée 1 de PRF est tl, et l'épaisseur du film métalli-

que 2 est t2. De la même manière, comme représenté à la figure 4(A), on prépare une

feuille préimprégnée (JKLM) dans laquelle une feuille préimprégnée rectangulaire 3 de PRF

(OPQR) est interposée entre des films métalliques rectangu-

laires 4 et 4' (JORM, PKLQ), dans une relation bord à bord.

On suppose que PL' est la longueur (JM ou KL) de la feuille

suivant la direction de l'enroulement, et que SL est la lar-

geur (JM ou LM) de la feuille. Comme représenté à la figure 4(B), l'épaisseur de la feuille préimprégnée 3 de PRF est t3,

et l'épaisseur du film métallique 4 est t4.

Comme représenté à la figure 5(A), la feuille préimprégnée (JKL'M) de la figure 4(A) et de la figure 4(B) est placée sur la feuille préimprégnée (ABCD) de la figure

3(A) et de la figure 3(B), pour former une feuille préimpré-

gnée composite unique. Plus clairement, l'épaisseur de la partie préimprégnée est t1 + t3, et l'épaisseur de la partie de film métallique est t2 + t4. Cette feuille préimprégnée composite est enroulée sur un mandrin (5; figure 1(B))) dans la direction de la flèche a ou de la flèche b représentées à

la figure 5(A).

Dans la forme rectangulaire (ABCD) de la figure 3(A), on a les relations telles que AB=CD=SL, AD=BC=PL, AB=AE+BF+EF, et CD=DH+CG+GH. De plus, AE et DH, ainsi que BF et CG sont établis dans les relations suivantes: mm < AE < DH et 10 mm < DH < SL/2 mm < BF < CG et 10 mm < CG < SL/2 De plus, on suppose que n est le nombre de tours de la feuille préimprégnée composite sur un mandrin, et que d est le diamètre extérieur du mandrin (lequel est égal au dia- mètre intérieur de l'arbre creux de PRF). On a alors la relation PL-nd s. Dans la forme rectangulaire (JKLM) de la figure 4(A), on a les relations telles que JM=JO+KP+OP, et LM=MR+LQ+QR. De plus, JO et MR, ainsi que KP et LQ sont éta- blis dans les relations suivantes: mm < JO + MR < AE << SL/2 mm < Kt - LQ < PF "< SL/2 Alors, PL' et PL sont liés de façon que PL' < PL ou PL' 2 PL, JO et OP sont liés de façon que JO < OP ou JO >

OP, et MR et QR sont liés par MR<QR ou MRÄQR.

Dans la feuille préimprégnée composite (figure (A)) obtenue par superposition des formes rectangulaires ABCD et JKLM des figures 3(A) et 3(B) ainsi que des figures 4(A) et 4 (B), une zone dans laquelle un film métallique seul est enroulé (9; figures 1(A) et 1(B)) est formée sur chaque

extrémité de l'arbre creux PRF, du fait que des films métal-

liques de forme trapézoidale AEHD et de forme rectangulaire JORM sont enroulés en superposition, et du fait que des films

métalliques de forme trapézoidale FBCG et de forme rectangu-

laire PKLQ sont enroulés en superposition, la longueur de la zone étant de préférence comprise entre 10 mm et moins de SL/2. Si la longueur de cette zone est inférieure à 10 mm, même si l'on utilise une jonction par emboîtement à la presse ou une jonction par perçage ou autre usinage, ou encore une jonction par soudure ou soudure à frottement, cela ne doit pas donner une jonction fiable à long terme. De plus, si la longueur est supérieure à SL/2, il en résulte que plus de la moitié de l'arbre creux en PRF est constituée d'une partie métallique, ce qui détériore parfois l'effet de la réduction

de poids.

L'épaisseur t2 des films métalliques 2, 2' des formes trapézoïdales AEHD et FBCG devant être utilisées, peut être égale ou inégale à l'épaisseur t4 des films métalliques 4, 4' des formes rectangulaires JORM et PKLQ, l'épaisseur t2 ou t4 allant de 1 Mm à 300 hm, de préférence de 10 /m à 250 tm, et mieux encore de 15 Mm à 200 Mm. Si l'épaisseur du film métallique est inférieure à 1 pm, le film métallique doit avoir tendance à se plisser lorsqu'il est enroulé sur le mandrin, tandis que si l'épaisseur est supérieure à 300 Mm,

le film métallique peut parfois ne pas s'enrouler.

L'épaisseur t1 de la feuille préimprégnée 1 en PRF, de forme trapézoïdale EFGH, devant être utilisée, peut

être égale ou inégale à l'épaisseur t3 de la feuille préim-

prégnée 3 en PRF, de forme rectangulaire OPQR, l'épaisseur t1 ou t3 allant de 5 jm à 300 um, de préférence de 10,m à 280 Mm, et mieux encore de 15 Mm à 250 Mm. Si l'épaisseur de la feuille préimprégnée de PRF est inférieure à 5 pm, la feuille préimprégnée en PRF doit avoir tendance à se plisser

ou à se rompre lorsqu'elle est enroulée sur le mandrin, tan-

dis que si l'épaisseur est supérieure à 300 im, une feuille préimprégnée composite, lorsqu'elle est formée, doit être

trop épaisse pour permettre un enroulement facile.

Pour réduire la différence de niveau qui est pro-

duite lorsqu'une telle feuille préimprégnée composite est en-

roulée sur un mandrin, les feuilles des figures 3(A), 3(B) et des figures 4(A), 4(B) peuvent être superposées en décalage, comme représenté à la figure 5(B). En variante, les feuilles des figures 3(A), 3(B) et des figures 4(A), 4(B), peuvent être formées de façon que leurs longueurs soient différentes

dans la direction de l'enroulement (PLÉPL'), de sorte qu'el-

les peuvent être superposées lorsqu'elles sont décalées à

l'extrémité de départ de l'enroulement.

L'enroulement dans le sens de la flèche a repré-

sentée à la figure 5(A) et à la figure 5(B) donne une struc-

ture feuilletée constituée d'une feuille préimprégnée de PRF et d'un film métallique, en ayant une section telle que celle représentée à la figure 1(A), tandis que l'enroulement dans le sens de la flèche b représentée à la figure 5(A) et à la figure 5(B) donne une structure feuilletée constituée d'une feuille préimprégnée de PRF et d'un film métallique, en ayant

une section telle que celle représentée à la figure 1 (B).

Ensuite, la surface extérieure de cette structure

feuilletée est enveloppée d'une bande rétrécissable à la cha-

leur, ou soumise à un vide en utilisant une poche à vide. Ce- la a pour but de maintenir temporairement la feuille préimprégnée pour éviter un déroulement de pré-durcissement, ou pour éviter la formation de couches de gaz ou de vides dans la structure feuilletée pendant le durcissement. Si une

structure feuilletée contenant des couches de gaz ou des vi-

des après durcissement est utilisée comme arbre intermédiaire dans un arbre propulseur, les couches de gaz ou les vides risquent parfois d'agir comme des points de départ pour une

détérioration, sous l'effet de la charge ou du couple, pen-

dant la durée de vie utile de l'arbre, en diminuant ainsi

considérablement la résistance et la durabilité.

La structure feuilletée ainsi formée est traitée

dans des conditions de durcissement (par exemple un traite-

ment thermique) pour la résine thermodurcissable de matrice du PRF préimprégné, puis le mandrin est extrait, pour obtenir ainsi la structure feuilletée voulue, c'est à dire un arbre

de PRF, formé et durci, qui comprend, sur les extrémités op-

posées et en allant successivement du milieu vers les extré-

mités d'arbre, (a) une zone de structure feuilletée en PRF seul, (b) une zone présentant une construction dans laquelle le film de PRF et le film métallique sont alternativement

feuilletés, et (c) une zone de structure feuilletée compor-

tant un film métallique seul ou un film métallique collé par

une colle.

La formation d'une zone de structure feuilletée comportant un film métallique collé par une colle, peut être

obtenue par exemple en appliquant une colle à la surface su-

périeure des films métalliques 4, 4' de la figure 4(A) ou en

enroulant les films adhésifs.

Dans la structure feuilletée se trouvant dans la zone de la partie de transition 8 de la figure 1(A) et de la figure 1(B), une grande zone de collage peut être obtenue car on fait durcir la résine thermodurcissable de matrice du PRF préimprégné, qui est prise en sandwich de façon qu'elle soit placée sur le côté supérieur et le côté inférieur d'un film métallique. De plus, (a) une zone de structure feuilletée de PRF seul (partie centrale 7), (b) une zone ayant une cons- truction dans laquelle le film de PRF et un film métallique sont feuilletés alternativement (partie de transition 8), et

(c) une zone de structure feuilletée comportant un film mé-

tallique collé par une colle (partie d'extrémité 9), ont des rigidités différentes; si elles sont disposées dans l'ordre des amplitudes de rigidité, on a c) > b) > a). Par suite, lorsqu'agit par exemple un couple de torsion élevé, la zone de concentration de contrainte, dans la section axiale de

l'arbre creux, est (b) c'est à dire la zone (partie de tran-

sition 8) ayant une construction dans laquelle le film de PRF et un film métallique sont feuilletés alternativement (figure 1(A) et figure 1(B)). Ainsi, la contrainte se concentre sur la surface d'enveloppe, ou au voisinage de celle-ci, qui est formée par l'extrémité avant du film métallique de (DH-AE) ou (CG-BF) à la figure 1 (A) et à la figure 1 (B). Cette zone de concentration de contrainte peut être agrandie pour réduire la valeur de contrainte maximum en augmentant la différence

de dimensions entre AE et DH ou BF et CG, ou encore en aug-

mentant le nombre de tours pour augmenter l'épaisseur de pa-

roi de l'arbre de PRF. Cette différence de dimension ou d'épaisseur de paroi est prévue suivant la grandeur du couple de torsion chargé sur l'arbre propulseur. Sous l'aspect des

caractéristiques de fluage et des caractéristiques de relâ-

chement de contrainte (qu'on désire petites), les zones c) et

b) sont supérieures. Par exemple, dans la jonction aux extré-

mités d'arbre utilisant cette structure feuilletée pour l'ar-

bre intermédiaire dans l'arbre propulseur, la fiabilité à long terme peut être obtenue même si un procédé de jonction tel qu'un emboîtement à la presse est utilisé dans les zones

c) et b). Sous cet aspect, la zone a) est inférieure en ca-

ractéristiques de fluage et de relâchement de contrainte aux

zones c) et b). Si un procédé de jonction tel qu'un emboîte-

ment à la presse est effectué dans cette zone, la fiabilité à long terme pratique du produit ne peut être obtenue, ce qui nécessite l'utilisation supplémentaire par exemple d'une colle. En particulier, dans la zone c) ayant une structure feuilletée utilisant un film métallique seul, il est possible d'utiliser un procédé de jonction tel qu'une soudure ou une soudure à frottement qui ont donné de bons résultats du point

de vue de la fiabilité, dans la jonction des parties métalli-

ques. De plus, dans la zone de structure feuilletée comportant un film métallique collé par une colle, il est possible d'utiliser comme procédé de jonction la soudure à résistance représenté par la soudure par points, en utilisant

comme colle une résine époxyde de structure qu'on rend élec-

triquement conductrice en dispersant dans celle-ci un produit

de remplissage tel que du noir de carbone électriquement con-

ducteur ou une poudre métallique telle qu'une poudre d'alumi-

nium ou une poudre d'oxyde de fer. A ce moment, lorsqu'on utilise comme adhésif une bande adhésive à la chaleur en forme de film, cette bande est perforée et superposée sur les

films métalliques, l'ensemble obtenu étant enroulé et le pas-

sage de l'électricité étant assuré du fait que les films mé-

talliques sont directement en contact les uns avec les autres par l'intermédiaire des perforations. Ainsi, la jonction peut

être effectuée en formant des pépites par soudure à résis-

tance représentée par une soudure par points.

De plus, dans un arbre de PRF ayant une structure feuilletée de N plis, lorsque des feuilles préimprégnées de PRF dont les angles d'orientation des fibres par rapport à l'axe de l'arbre creux sont respectivement de 0 , 90 et + 45 , doivent être enroulées respectivement en nl plis, n2 plis, et n3 plis, (N=nl+n2+n3), cela peut être obtenu d'une manière telle que les feuilles préimprégnées de PRF (voir 10, 11, 12 à la figure 6) ayant des longueurs (voir PL1, PL2, PL3 à la figure 6) qui correspondent respectivement à nl, n2 et n3, et ayant des angles d'orientation des fibres de 0 , 90 et 45 par rapport à l'axe de l'arbre creux dans les zones correspondant aux enroulements dans la zone 1 de la figure 3(A) ou dans la zone 3 de la figure 4(A), sont disposées à l'avance et enroulées sur un mandrin 5, ce qui permet ainsi d'obtenir un arbre de PRF ayant la construction feuilletée voulue. De plus, du point de vue de la réduction du coût, des feuilles préimprégnées de différents matériaux telles que des fibres de carbone préimprégnées et des fibres de verre préimprégnées, peuvent être combinées pour obtenir une feuille préimprégnée de PRF destinée à être disposée dans la zone 1 de la figure 3(A) ou dans la zone 3 de la figure 4(A), ce qui permet ainsi d'obtenir un arbre de PRF dans lequel

différents matériaux moins chers de PRF sont feuilletée.

La figure 7(A) représente un exemple de la dispo-

sition d'un arbre propulseur utilisant un arbre de PRF selon

l'invention comme arbre intermédiaire 13 comportant des élé-

ments de joint 14 à ses extrémités opposées. Comme représenté à la figure 7(B), les couches métalliques (9 à la figure 1(A) et à la figure 1(B)) à une extrémité de l'arbre intermédiaire 13, et l'élément de joint 14 en métal, sont joints de manière

permanente par soudure en un point indiqué en 15.

Comme autre mode de réalisation, la figure 8(A)

et la figure 8(B) représentent un arbre propulseur d'automo-

bile comportant des joints à vitesse constante 16 de type à rainure transversale, qui sont fixés aux extrémités opposées de l'arbre intermédiaire 13. La figure 9(A) et la figure 9(B) représentent un arbre propulseur d'automobile comportant un

joint à vitesse constante glissant 17 de type à double déca-

lage, et un joint à vitesse constante 18 de type à domaine de

barre fixe, qui sont montés aux extrémités opposées de l'ar-

bre intermédiaire 13. Dans chaque cas, les couches métalli-

ques (9 à la figure 1(A) et à la figure 1(B)) aux extrémités

de l'arbre intermédiaire 13 et des éléments de joints métal-

liques 14, qui sont ici des arbres de souche, sont reliées en

permanence par soudure en des points indiqués en 15.

On décrira maintenant des modes de réalisation appliqués à des arbres propulseurs qui constituent des arbres de transmission pour automobiles, de manière à obtenir une

réduction de poids, une réduction de coût, une faible consom-

mation de carburant, et des améliorations concernant les ca-

ractéristiques de vibrations et de bruit. Cependant, la pré-

sente invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation.

Mode de réalisation 1 Un arbre creux de PRF ayant la forme représentée à la figure 2(A) a été fabriqué d'une manière telle qu'un agent de démoulage soit appliqué à un mandrin cylindrique 5 représenté à la figure 2(B), puis une feuille préimprégnée

composite utilisant un film métallique et des fibres préim-

prégnées de carbone de type PAN de matrice de résine époxyde qui sera décrite ci-après, a été enroulée par le procédé de laminage de tuyau. Le mandrin 5 a un diamètre de 76 mm et une longueur de 1500 mm. Il comporte des arbres de mandrin longs de 150 mm aux extrémités opposées. De plus, dans ce mode de réalisation, l'arbre creux de PRF était fabriqué en enroulant 6 plis, 6 plis et 8 plis de PRF dont les angles d'orientation

des fibres par rapport à l'axe de l'arbre creux étaient res-

pectivement de 0 , 90 et 45 .

Les dimensions dans les figures 2(A), 3(A), 3(B), 4(A) et 4(B), étaient réglées comme suit: Diamètre extérieur de l'arbre creux, D: 80 mm Diamètre intérieur de l'arbre creux, D: 76 mm Epaisseur de paroi de l'arbre creux, T: 2 mm Longueur de l'arbre creux, SL: 1300 mm Longueur de la feuille préimprégnée, PL:2400 mm Longueur de la feuille préimprégnée, PL':2400 mm Dans la feuille préimprégnée trapézoïdale EFGH 1, EF = 960 mm GH = 900 mm

Dans la feuille préimprégnée trapézoïdale ou rec-

tangulaire OPQR 3, OP = 1040 mm

QR = 1040 mm.

Les épaisseurs des feuilles préimprégnées de fi-

bres de carbone utilisées pour les feuilles préimprégnées

trapézoïdales EFGH 1 et OPQR 3, sont chacune de 0,1 mm.

Dans la feuille préimprégnée trapézoïdale EFGH 1 représentée à la figure 3(A), des feuilles préimprégnées dont les angles d'orientation des fibres par rapport à l'axe de l'arbre creux étaient respectivement de 0 , 45 et 90 ,

étaient disposées, à partir du côté EF, de manière à s'éten-

dre respectivement sur 720 mm, 960 mm et 720 mm (figure 6).

De la même manière, dans la feuille préimprégnée rectangu-

laire OPQR 3 représentée à la figure 4(A), des feuilles pré- imprégnées dont les angles d'orientation des fibres par rapport à l'axe de l'arbre creux étaient respectivement de 0 , 45 et 90), étaient disposées, à partir du côté OP, de manière à s'étendre respectivement sur 720 mm, 960 mm et

720 mm.

Les dimensions des films métalliques utilisés

sont indiquées ci-dessous.

Dans la feuille de film métallique AEHD 2, AE = 170 mm HD = 200 mm AD = 2400 mm Dans la feuille de film métallique FBCG 2', FB = 170 mm CG = 200 mm BC = 2400 mm Les épaisseurs des feuilles de films métalliques

AEHD et FBCG 2 et 2', sont chacune de 0,1 mm.

Dans la feuille de film métallique JORM 4, JO = 130 mm RM = 130 mm JM = 2400 mm Dans la feuille de film métallique PKLQ 4' PK = 130 mm LQ = 130 mm KL = 2400 mm Les épaisseurs des feuilles de films métalliques JORM et TKLQ 4 et 4', sont chacune de 0,09 mm. De plus, un film de fer laminé était utilisé pour le film métallique. Un

adhésif de structure de type époxyde WELD BOND (marque de fa-

brique, produit par Sunstar Giken Co. Ltd.) était appliqué aux surfaces de ces feuilles de film de fer JORM et PKLQ 4 et 4'. Ces feuilles préimprégnées et ces feuilles de

films métalliques étaient disposées comme représenté aux fi-

gures 3(A), 3(B) et aux figures 4(A), 4(B), puis superposées

pour obtenir une feuille composite comme représenté à la fi-

gure 5(A). Cette feuille composite était enroulée à partir du côté inférieur de la figure 5(A), sur le mandrin 5 représenté à la figure 2(B), puis un film rétrécissable à chaud était enroulé sur ces feuilles, l'ensemble étant chauffé à 150 C pendant 2 heures et durci. Après durcissement, les parties inutiles aux extrémités opposées étaient coupées, et un arbre creux de PRF (figure 2(A)) était obtenu après extraction du mandrin 5. Cet arbre creux de PRF est construit en enroulant 6 plis, 6 plis et 8 plis (6 + 6 + 8 = 20) de feuilles de PRF dont les angles d'orientation des fibres par rapport à l'axe

de l'arbre creux, sont respectivement de 0 , 90 et 45 .

La construction de section de l'arbre creux est représentée schématiquement à la figure 1(A) et à la figure 1 (B). La partie médiane longitudinale 7 est une zone de structure feuilletée de PRF seul dont les épaisseurs, vues radialement vers l'extérieur, sont de 0,6 mm, 0,6 mm et 0,8 mm pour les angles d'orientation des fibres respectifs de

, 45 et 0 . Les parties de transition 8 s'étendant de-

puis une position espacée de 13 cm de l'extrémité de l'arbre, jusqu'à une position espacée de 20 cm de l'arbre, sont des zones comprenant une construction dans laquelle des feuilles de PRF et des feuilles de films métalliques sont feuilletées alternativement. Les parties d'extrémité 9 s'étendant sur 13 cm à partir de l'extrémité de l'arbre, sont des zones de structure feuilletée dans lesquelles un film métallique est

collé par une colle.

Des éléments de joint en métal ont été emboîtés à la presse sur une profondeur de 100 mm dans les extrémités opposées de l'arbre creux ainsi obtenu, puis les extrémités

de l'arbre creux ont été soudées pour produire un arbre pro-

pulseur. L'évaluation de la solidité et de la durabilité de l'arbre a été faite par un test de torsion statique et un

test de fatigue de torsion. Pour la solidité de torsion sta-

tique, on a estimé qu'elle était acceptable lorsqu'un couple allant du niveau de couple de charge des arbres propulseurs d'automobile, jusqu'à 150 kg.m ou plus, était appliqué avec

succès. Pour le test de fatigue de torsion, un couple de tor-

sion de 150 kg.m était appliqué 500000 fois dans un mode d'oscillation, pour observer l'état après le test de fatigue.

Les résultats obtenus sont indiqués dans les ta-

bleaux 1 et 2. De plus, les tableaux 1 et 2 résultent de la division d'un tableau unique suivant une ligne en traits et points. Pour la résistance ou solidité de torsion statique, la partie médiane de l'arbre se brisait sous un couple de 400 kg/m. Pour le test de fatigue de torsion, aucune anomalie

n'était observée dans les parties jointes et la partie d'ar-

bre même lorsqu'un couple de torsion de 150 kg.m était appli-

qué 500000 fois.

Tableau 1

Mode de Feuille de PRF Film de métal Type de AE HD réalisation pré-imprimée colle (=FB) (CG) N Type de Epaisseur Type Epaisseur mm mm fibre Lm lm 1 Nota 1) Nota 4) Nota 6) CFRP Fe Type (type 100 100 époxyde 170 200 PAN) (solution) 2 ? 200 ? 200 t

3 50 50

4 t 100 t 100 1 T 170 T t T T T T 250 6 T T t T aucune t 200

Tableau 2

JO (= PK) PL (= PL') Nombre Procédé Résultats d' évaluation mm mm de tours de jonction Résistance à la Etat des parties Plis n torsion stati- jointes après test i (9 = 0 ) que de fatigue à la i)= +450) kg. n torsion

) = 90 ) (endroits bri-

il sés) Acceptable Acceptable: ij (O) 6 400 Pas d'anomalie 2.400 @ 8 Soudure (zone dans les parties i (d)Z6 centrale) jointes Acceptable Acceptable: !i @O) 3 380 Pas d'anomalie t1.200 () 4 ' (zone dans les parties i ___d ( ) 3 centrale) Jointes Acceptable Acceptable: i @(O 12 450 Pas d'anomalie i t 4.800 (Z) 16 1' (zone dans les parties i. (Zh) 12 centrale) Jointes i 20 Acceptable Acceptable: O) 6 300 Pas d'anomalie i ' t 2.400 () 8 t (AE,HD côté dans les parties iZ 6 central) jointes Acceptable Acceptable: i ' t' t 't 400 Pas d'anomalie i(zone dans les parties i______________ _ centrale) jointes Acceptable Acceptable: 4' 11 ' 't 390 Pas d'anomalie !i (zonedans les parties I centrale) jointes Les tableaux 3, 4 et les tableaux 5, 6 indiquent les résultats d'une évaluation de la solidité et de la dura- bilité d'arbres propulseurs (modes de réalisation 2 à 18),

effectuée par un test de torsion statique et un test de fati-

gue de torsion. Les arbres propulseurs étaient des arbres creux de PRF obtenus en changeant les types de fibre et de film métallique, l'épaisseur, le type de colle, la taille du film métallique et le nombre de tours de feuille préimprégnée

composite, le procédé de jonction des éléments de joint mé-

tallique étant également changé. Dans chaque cas, les arbres propulseurs étaient soumis au test de torsion statique et au test de fatigue de torsion. De plus, les tableaux 3, 4 et les

tableaux 5, 6, lorsqu'ils sont pris ensemble, forment respec-

tivement des tableaux uniques.

Tableau 3

Mode de Feuille de PRF Film de métal Type de AE HD réalisation pré-imprimée colle (=FB) (=CG) NO Type de Epaisseur Type Epaisseur mm mm fibre Lm grm CFRP Type 7 (type 100 Fe 100 époxyde 170 200 PAN) (solution) Nota 7) 8 t t t t Type phénol t t nitrile (film) Nota Nota 8) 9 t 1 5) ' Type AI époxyde (film) Type t 200 t 200 époxyde t _ (film) Nota Type 1 1 2) 100 t 100 phénol t t CFRP nitrile (film) (type brai) Type 12 t t Fe t'époxyde t t (solution)

Tableau 4

JO (= PK) PL (= PL') Nombre Procédé Résultats d'évaluation mm mm de tours de jonction Résistance à la Etat des parties Plis n torsion stati- jointes après test () = 00) que de fatigue à la @) = +450) kg. n torsion

= 900) (endroits bri-

sés) Emboîtement Acceptable Acceptable: :O 6 à la presse 390 Pas d'anomalie 2.400 O 8 Profondeur (zone dans les parties (X 6 d'emboîtement à centrale) jointes la presse: 100 mm Acceptable Acceptable: 380 Pas d'anomalie i' 4 4' tt(zone dans les parties centrale) jointes Acceptable Acceptable: 380 Pas d'anomalie tI 4 4 ' t(zone dans les parties centrale) jointes t Acceptable Acceptable: DO 3 370 Pas d'anomalie j 4' 1.200 Q) 4 (zone dans les parties (a 3 centrale) jointes Acceptable Acceptable: (C) 6 340 Pas d'anomalie t' 2.400 O) 8 " (zone dans les parties a) 6 centrale) jointes Acceptable Acceptable: j' t' t' Soudure 340 Pas d'anomalie (zone dans les parties centrale) jointes

Tableau 5

Mode de Feuille de PRF Film de métal Type de AE ID réalisation pré-imprimée colle (=FB) (=CG) NO Type de Epaisseur Type Epaisseur mm mm fibre gm lm Type 13 Note 100 Fe 100 époxyde 170 200 3) (solution) CFRP 14 1t ? 1 t Nota 9) 1 11 1 Type 1 1 époxyde (film) Type 16 1 1 Ai Epoxyde 1 1 (solution) Type 17 200 1 200 Epoxyde 1 (film) CFRP Nota 9) 18 (type 100 Fe 100 Type phénol t t PAN) nitrile (film))

Tableau 6

JO (= PK) PL (= PL') Nombre Procédé Résultats d'évaluation mm mm de tours de jonction Résistance à la Etat des parties Plis n torsion stati-jointes après test (I) = 0 ) que de fatigue à la ! i (= +45 ) kg. n torsion

i ()= 90 ) (endroits bri-

i ____________ sés) !i 20 Acceptable Acceptable: ( 6 320 Pas d'anomalie i 130 2.400) 8 Soudure (zone dans les parties ! 6 centrale) jointes Emboîtement Acceptable Acceptable à la presse 310 Pas d'anomalie ! 4' t ' Profondeur (zone dans les parties i d'emboîtement à centrale) jointes la presse: 100 i Acceptable Acceptable: !i 310 Pas d'anomalie 4i 4x 4x Soudure (zone dans les parties i ________________ ___________________centrale) jointes Emboîtement Acceptable Acceptable: à la presse 310 Pas d'anomalie 4i%4% t% Profondeur (zone dans les parties i d d'emboîtement à centrale)jointes la presse: 100 i I 10 Acceptable Acceptable: i (OX3 290 Pas d'anomalie i 4 1.200) 4 4 (zone dans les parties i (3) 3 centrale) jointes Acceptable Acceptable: i 4 2.400 O( 6 Soudure 380 Pas d'anomalie !i 8 (zone dans les parties ij (3) 6 centrale) jointes Pour comparaison, les tableaux 7 et 8 indiquent les résultats de l'évaluation de la solidité et de la durabi-

lité d'arbres propulseurs (exemples comparatifs 1 à 4), ef-

fectuée par le test de torsion statique et le test de fatigue de torsion. Les arbres propulseurs étaient des arbres creux de construction en PRF feuilleté seul comportant des éléments de joints métalliques fixés à celle-ci par un emboîtement à

la presse et par soudure. Dans chaque cas, ils ne suppor-

taient pas le test de torsion statique et le test de fatigue de torsion. En particulier, comme la jonction des arbres

creux de construction en PRF feuilleté seul, avec les élé-

ments de joints métalliques, ne pouvaient être établie par soudure, les arbres propulseurs ne pouvaient être produits

(exemples comparatifs 2 et 4).

Tableau 7

Mode de Feuille de PRF Film de métal Type de AE IID réalisationpré-imprimée colle (=FB) (CG) N Type de EpaisseurType Epaisseur mm mm fibre m m

1 CFRP 100 -

(Type PAN)

2 1 T T = ? T 1

3 CFRP 1 1 1 ? 1

4 t t ? T 1

Tableau 8 JO (= PK) PL (= PL') Nombre Procédé Résultats d'évaluation mm mm de tours

de jonction Résistance à la Etat des parties iPlis n. torsion statijointes après test ( = 00) que de fatigue à la kg. n li (= +45)kg n torsion

i()= +90) (endroits bri-

i = 900) sés) i 20 Emboîtement Acceptable: Acceptable: i O(D 6 à la presse: 120 les parties jointes i - 2.400 (Z) 8 Profondeur (parties glissent

l 6 d'emboîtement à jointes) circonférentielle-

!i la presse: 100 ment et se déta-

I ____________ chent axialement !i Soudure:

I 4 '' 4' t (soudure cons-

tatée impossi-

i ble) i Emboîtement Acceptable: Inacceptable: i 4" 4x i" à la presse 80 les parties jointes I Profondeur (parties glissent

id'emboîtement à jointes) circonférentielle-

ila presse: 100 ment et se déta-

i chent axialement Soudure:

41 4 t' (soudure cons-

!i tatée impossi-

I _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ___ ___ __ ___ _b le)

De plus, les nota 1) à 9) dans les tableaux ci-

dessus sont les suivants: Nota 1) CFRP (type PAN) Pyrofill préimprégné, produit par Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Nota 2) CFRP (type Brai): Granock préimprégné, produit par Nippon Oil Co., Ltd. Nota 3) CFRP: Fibre de verre préimprégnée, produit par Nitto Boseki Co., Ltd. Nota 4) film de Fe: feuille de Fe laminée, produit par Isawa Metal Co., Ltd. Nota 5) film de Ai; feuille de Ai laminée, produit par Isawa Metal Co., Ltd. Nota 6) type époxyde (solution): Weld Bond, produit par Sunstar Giken Co., Ltd. Nota 7) type Nitrile Phenol: Heat Adhesive Tape, produit par Sony Chemical Co., Ltd.

Nota 8) type époxyde (film): Scotch Weld, produit par Sumi-

tomo Three M Co., Ltd.

Nota 9) avant utilisation, la bande était perforée pour com-

porter des trous de 10 mm de diamètre, avec une den-

sité de trous de 2500/m2.

L'arbre de transmission de puissance selon la présente invention, bien que léger du fait qu'il s'agit d'un arbre creux en PRF, comprend une zone centrale constituée de couches de PRF seul, une zone de transition composée d'une couche composite constituée de couches de PRF et de couches

métalliques, et des parties d'extrémité constituées de cou-

ches métalliques seules; par suite, une jonction solide à des éléments de joints métalliques aux extrémités de l'arbre devient possible, et l'arbre est extrêmement fiable durant une utilisation à long terme. Par suite, l'invention résout divers problèmes posés par l'utilisation d'un arbre de PRF

comme arbre propulseur (y compris l'arbre intermédiaire) con-

necté au système de transmission de puissance d'une automo-

bile par des joints à vitesse constante aux extrémités opposées, de manière à réduire le poids et le coût de l'arbre propulseur. De plus, l'invention peut s'appliquer avec les mêmes avantages à des arbres de transmission de puissance utilisés non seulement dans des automobiles, mais encore dans des bateaux, dans diverses machines industrielles et dans des avions.

Claims

R E V E N D I C A T IONS

1 ) Arbre de transmission de puissance se présentant sous la forme d'un manchon obtenu en enroulant en couches minces une membrane, un film, une feuille ou une feuille mince, caractérisé en ce qu' il comprend une partie médiane longitudinale (7) constituée de couches de plastique renforcé de fibres (PRF) seul, une partie de transition (8) disposée entre la partie médiane (7) et chaque partie d'extrémité (9), en étant constituée d'une couche composite de couches de PRF et de couches de métal, les parties d'extrémité (9) étant constituées de couches de

métal seul.

2 ) Arbre de transmission de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches de PRF sont constituées de fibres de carbone de type PAN préimprégnées, obtenues par le procédé de laminage

de tuyau.

3 ) Arbre de transmission de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches de PRF sont formées de fibres de carbone de type

brai, préimprégnées, par le procédé de laminage de tuyau.

4 ) Arbre de transmission de puissance selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de la feuille préimprégnée est comprise entre

5 Mm et 300 um.

) Arbre de transmission de puissance selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que la résistance à la rupture d'une fibre est de 100 kgf/mm2

(980 Mpa) ou plus.

6 ) Arbre de transmission de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que

les couches métalliques sont constituées de fer ou d'un al-

liage de type fer.

7 ) Arbre de transmission de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que

les couches métalliques sont réalisées en aluminium ou en al-

liage de type aluminium.

8 ) Arbre de transmission de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de chaque couche métallique est comprise entre

1 Mm et 300 pm.

9 ) Arbre de transmission de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'

une colle est interposée entre les couches métalliques.

) Arbre de transmission de puissance selon l'une quelcon-

que des revendications précédentes,

caractérisé en ce que l'arbre présente une longueur totale se situant dans la plage de 50 mm à 11000 mm, et un diamètre extérieur se situant dans

la plage de 10 mm à 250 mm.

11 ) Arbre de transmission de puissance selon l'une quelcon-

que des revendications précédentes,

caractérisé en ce que les longueurs de la partie d'extrémité d'un côté d'extrémité au moins de l'arbre, et de la partie de transition adjacente à celle-ci, sont de 10 mm ou plus et sont inférieures à 50%

de la longueur totale.

12 ) Arbre propulseur d'automobile, caractérisé en ce qu' il est construit en reliant un élément de joint métallique à

au moins une extrémité d'un arbre de transmission de puis-

sance tel que défini dans l'une quelconque des revendications

1 à 11.

13 ) Arbre propulseur d'automobile, caractérisé en ce qu' il est construit en reliant des joints à vitesse constante

aux extrémités opposées d'un arbre de transmission de puis-

sance tel que défini dans l'une quelconque des revendications

l à 11.