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FR3067073B1 - Connecteur avec rotule integree - Google Patents

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Anthony Jerome
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Arnaud Turmeau
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SKF Aerospace France SAS
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Abstract

Connecteur (1) pour connecter deux membres, comprenant: Un corps (2) en matériau composite constitué de fibres de renfort noyées dans une matrice plastique (6b) en résine, pour connecter entre eux les deux membres, et possédant un logement (4), - une bague de montage (7) installée dans le logement (4), - une rotule (3) installée dans la bague de montage (7) et apte à autoriser, par rotulage dans, une possibilité d'articulation entre les deux membres à connecter, la rotule servant de zone de fixation pour l'un des deux membres, caractérisé en ce que : - les fibres de renfort forment, avec la résine, des plis (6a) qui, une fois empilés, constituent un stratifié, et - la bague de montage (7) est fixée dans le logement (4) du corps (2) du connecteur (1), de sorte à empêcher tout mouvement relatif de la bague de montage (7) par rapport au corps (2) du connecteur (1).

Description

CONNECTEUR AVEC ROTULE I NTEGREE
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION L’invention concerne un connecteur comprenant un corps en matériau composite, tel qu’une ferrure, utilisé pour connecter entre eux deux membres.
ART ANTERIEUR
Traditionellement, dans le domaine aéronautique, on utilise des ferrures métalliques réalisées par exemple en aluminium, en titane ou en acier, et comprenant une rotule sphérique métallique qui permet de connecter entre eux deux membres toute en autorisant une mouvement relatif de rotulage d’un membre par rapport à l’autre. C’est le cas par exemple pour une ferrure d’attache d’un inverseur de poussée d’une turbine d’avion.
Cependant, l’utilisation d’une ferrure en matériau composite, c’est-à-dire en matière plastique renforcée de fibres telles que des fibres de carbone, est particulièrement intéressante pour les domaines où le gain de poids est essentiel, comme par exemple en aéronautique.
Par ailleurs, il est connu de JP60151414A de réaliser un bras en matériau plastique renforcés de fibres et comprenant une rotule sphérique, en empilant des couches successives de tissus pré-imprégnés dans deux demi moules et autour de la rotule. Cependant, la mise en oeuvre de cette pièce est complexe, longue, et nécessite beaucoup de manipulations.
Par conséquence, des améliorations sont possibles.
RESUME DE L’INVENTION L’objet de l’invention est de fournir un connecteur comprenant un corps en matériau composite constitué de fibres de renfort noyées dans une matrice plastique, pour connecter entre eux deux membres tout en autorisant une possibilité de rotulage entre ces derniers au moyen d’une rotule intégrée au corps du connecteur.
Selon l’invention, les fibres du corps du connecteur sont continues et forment, avec la résine, des plis ou nappes qui sont empilés en couches parallèles pour former un stratifié. De plus, le corps du connecteur comprend un logement pour accueillir une bague de montage dans laquelle est ménagée la rotule qui peut rotuler dans la bague de montage.
Toujours selon l’invention, la bague de montage est fixée dans un logement du corps du connecteur de sorte à empêcher tout mouvement relatif de la bague de montage par rapport au corps du connecteur.
Grâce à l’invention, le connecteur peut assurer une transmission d’effort optimale entre les deux membres connectés par le connecteur tout en évitant une dégradation prématurée du corps du connecteur par exemple par délaminage des plis du stratifié par effet d’ouverture.
Selon d’autres aspects de l’invention qui sont avantageux mais pas obligatoires, un tel connecteur peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - la bague de montage comprend sur sa périphérie intérieure une surface sphérique en conformité de forme avec une surface sphérique de la périphérie extérieure de la rotule; - la bague de montage encaisse des contraintes d’ouverture générées par le rotulage de la rotule; - un lubrifiant solide est disposé sur ou intégré à la surface sphérique de la bague de montage, afin de faciliter le rotulage de la rotule dans la bague de montage; - la bague de montage exerce une force de compression sur une première et une deuxième portions du corps du connecteur afin de maintenir une cohésion mécanique entre les plis du stratifié et la matrice pour éviter le délaminage du corps du connecteur; - la bague de montage possède sur sa périphérie extérieure un épaulement en appui contre la première portion du corps du connecteur, et une surface taraudée pouvant accueillir un écrou de serrage qui, par son serrage contre la deuxième portion du corps du connecteur, permet de créer la force de compression; - la bague de montage comprend, au-delà d’une portion centrale en contact avec le logement du corps du connecteur, deux rebords latéraux en appui sur les portions du corps, de sorte à exercer sur lesdites portions une force de retenue; - la bague de montage se présente sous la forme d’un tissu autolubrifiant constitué à partir d’un tissu imprégné d’un liant et contenant des fibres lubrifiantes et des fibres structurantes pour supporter les charges extérieures transmises au connecteur, en particulier les contraintes d’ouverture; - la bague de montage consiste en une bague solide constituée de matériau BMC et fixée dans le logement du corps du connecteur par collage ou surmoulage; - la bague de montage comprend, au-delà d’une portion centrale cylindrique légèrement concave en contact avec une portion cylindrique légèrement convexe du logement du corps du connecteur, deux portions obliques situées chacune de part et d’autre de la portion centrale et également en appui dans le logement du corps du connecteur.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L’invention va maintenant être expliquée à l’aide des dessins annexés, à titre d’exemple, sans aucune restriction quant à l’objet de l’invention. Dans les dessins annexés: - Figure 1 représente une vue en perspective d’un premier mode de réalisation, sous la forme d’une ferrure; - Figure 2 représente une vue agrandie de la zone d’attache de la ferrure de figure 1, en section longitudinale selon un plan de coupe comprenant l’axe du logement; - Figure 3 représente un deuxième mode de réalisation; - Figure 4 représente un troisième mode de réalisation; - Figure 5 représente un quatrième mode de réalisation; et - Figure 6 représente un cinquième mode de réalisation.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION
Les figures 1 et 2 représentent un connecteur 1 comprenant un corps 2 en matériau composite constitué de fibres de renforts noyées dans une matrice plastique 6b. Les fibres sont avantageusement en carbone, mais peuvent être en un autre matériau tel que le verre. La matrice plastique 6b est en résine thermodurcissable, par exemple en époxy, mais d’autres matériaux tels que des résines thermoplastiques telle que le PA66 peuvent être utilisés.
Le connecteur 1 comprend également une zone de fixation pour un premier membre (non représenté) à connecter, par exemple sous la forme d’une embase 5. Des moyens de fixation (non représentés) du premier membre au connecteur 1 peuvent prendre la forme de vis ou de rivets.
Le corps 2 du connecteur 1 comprend un logement 4 d’axe X1 qui accueille une bague de montage 7. La bague de montage 7 porte dans son alésage une rotule 3 d’axe Χ2.
La rotule 3 sert de zone de fixation pour un second membre (non représenté) à connecter au moyen du connecteur 1.
La rotule 3 est emprisonnée dans la bague de montage 7 mais avec un jeu permanent, de sorte à pouvoir rotuler dans la bague de montage 7. Ceci permet de connecter rigidement les deux membres tout en autorisant une possibilité d’articulation entre les deux membres à connecter, par rotulage de la rotule dans la bague de montage 7.
La rotule 3 comprend sur sa périphérie extérieure une surface sphérique 3a et sur sa périphérie intérieure un alésage 3b d’axe l’axe de la rotule Χ1 et par lequel le second membre est connectable.
Les fibres sont continues et forment, avec la résine, des plis ou nappes 6a. Ces plis 6a sont empilés de sorte à consister un stratifié, comme visible sur la figure 2 qui représente une section longitudinale du connecteur 1 selon le plan qui comprend l’axe Χ1 du logement 4 et qui est parallèle aux plis 6a. Avantageusement, par simplicité de fabrication du corps 2 du connecteur 1, les plis 6a sont parallèles entre eux. De plus, les plis 6a s’ étendent sur toute la longueur du corps 2, sauf dans la zone du logement 7 dans laquelle ils sont partiellement interrompus afin d’obtenir le logement 4, par exemple par enlèvement de matière.
Afin de garantir une résistance à la traction et à la compression optimale, les plis 6a sont perpendiculaires à l’axe Χ1 du logement 4, au moins dans la zone du corps 2 autour du logement 4 s’étendant sur quelques millimètres ou dizaines de millimètres.
La bague de montage 7 est fixée dans le logement 4 du corps 2 du connecteur 1, de sorte à empêcher tout mouvement relatif de la bague de montage 7 par rapport au corps 2 du connecteur 1.
La bague de montage 7 comprend sur sa périphérie intérieure une surface sphérique 7a en conformité de forme avec la surface sphérique 3a de la périphérie extérieure de la rotule 3.
Si la rotule 3 était en contact direct avec le corps 2 du connecteur 1 et ses plis 6a, les efforts répétés générés lors du rotulage de la rotule risqueraient à terme d’engendrer un délaminage du matériau composite constitutif du corps 2 du connecteur 1, en particulier dans la zone autour de la rotule 3. En particulier, ce sont les efforts d’ouverture, définis comme les résultantes selon l’axe X2 du logement 4 des forces entre la rotule et le second membre qui s’y rattache, qui seraient les plus pénalisant. C’est donc bien la bague de montage 7, et non le corps 2 lui-même, qui encaisse les contraintes d’ouverture.
Avantageusement, afin de faciliter le rotulage de la rotule 3 dans la bague de montage 7, un lubrifiant, tel une graisse, est disposé entre la rotule et la bague de montage 7. Alternativement ou additionellement, un lubrifiant solide , disposé sur ou intégré à la surface sphérique 7a de la bague de montage 7 est avantageusement employé, afin de faciliter encore davantage le rotulage de la rotule dans la bague de montage 7. Ce lubrifiant solide peut se présenter sous la forme d’un dépôt ou de particules microscopiques, par exemple en matériau PTFE.
Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, la bague de montage 7 se présente sous la forme d’une bague possédant sur sa périphérie extérieure un épaulement 8 en appui contre une première portion 2a du corps 2 du connecteur 1, et une surface taraudée pouvant accueillir un écrou 9 de serrage. Le serrage de l’écrou 9, via une rondelle élastique 10, contre une deuxième portion 2b du corps 2 du connecteur 1 permet de créer une force de compression F1. Avantageusement, les première 2a et deuxième 2b portions du corps 2 sur lesquelles est générée la force de compression F1 sont planes, parallèles entre elles, et parallèles aux plis 6a du stratifié.
Ces première 2a et deuxième 2b portions du corps 2 se raccordent au logement 4 du corps 4 par deux bords 2c, 2d.
Grâce à la force de compression F1 exercée sur les premières 2a et deuxième 2b portions du corps 2 du connecteur 1, la résistance au délaminage du corps 2 ou la rupture de la matrice plastique 6b est encore renforcée, en particulier au niveaux des bords 2c, 2d qui sont les zones les plus fragiles du corps 2 du connecteur 1.
Cette force permanente de compression F1 permet de maintenir une cohésion mécanique entre les fibres et la matrice 6b.
Cette force de compression F1 est dirigée dans une direction perpendiculaire aux plans des plis 6a.
Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, la périphérie extérieure de la bague de montage 7 est constituée d’une surface cylindrique en conformité de forme avec une surface cylindrique ménagée dans le logement 4 du corps.
La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation, les éléments identiques au premier mode illustré sur les figures 1 et 2 portant les mêmes références. Ce deuxième mode diffère du premier mode en ce que la bague de montage 7 se présente sous la forme d’un tissu autolubrifiant. Le tissu autolubrifiant est fixé dans le logement 4 du corps 2 du connecteur 1 par tout moyen approprié, de préférence par collage.
Le tissu autolubrifiant est constituée à partir d’un tissu imprégné d’un liant constitué par une résine, et contient des fibres lubrifiantes et des fibres structurantes pour supporter les charges extérieures transmises au connecteur 1, en particulier les efforts d’ouverture décrits précédemment. Un tel tissu autolubrifiant est décrit dans le document EP2955400A1 dont le contenu est ici incorporé par référence.
Le tissu autolubrifiant peut, sous l’effet du rotulage de la rotule 3, s’allonger ponctuellement dans le sens axial (parallèlement à l’axe X1 du logement 4) de sorte à éviter la transmission, au niveau du logement 4, de contraintes d’ouvertures aux plis 4a du stratifié.
La figure 4 illustre un troisième mode de réalisation, dans lequel la bague de montage 7 comprend, au-delà d’une portion centrale 11 en contact avec le logement 4 du corps 2 du connecteur 1, deux rebords 12 et 13 latéraux en appui sur les portions 2a et 2b du corps 2. Les deux rebords 12 et 13 exercent sur les portions 2a et 2b du corps 2 une force de retenue F2. Cette force de retenue F2 peut être obtenu par exemple par déformation plastique des rebords 12 et 13 au moyen d’un outil approprié.
Dans ce mode de réalisation, la bague de montage 7 peut être réalisée en matériau métallique ou en matériau composite structurant, ou un mélange des deux. La force de retenue F2 est perpendiculaire aux plis 6a du stratifié 6a.
Dans un autre mode de réalisation, non représenté, un tissu autolubrifiant 7 tel que décrit précédemment pour le deuxième mode de réalisation peut être associé à une bague de montage 7 telle que décrite précédemment pour le troisième mode de réalisation, le tissu autolubrifiant étant fixé dans l’alésage de la bague de montage 7.
La figure 5 illustre un quatrième mode de réalisation qui diffère des modes décrits précédemment en ce que la bague de montage 7 consiste en une bague solide constituée de matériau BMC (Bulk Molding Comportent en anglais). Ce matériau BMC est obtenu par mélange de fibres de renforts, de préférence en carbone ou en verre, avec une résine thermodurcissable, de préférence en polyester ou en époxy. Les fibres de renfort sont des fibres longues, c’est-à-dire qu’elles mesurent chacune au moins 1 millimètre. Des fibres ou nodules de lubrifiant solide tel que le PTFE peuvent également y être incorporées, ceci afin de faciliter le rotulage de la rotule 3 dans la bague de montage 7.
La bague de montage 7 en matériau BMC est obtenue directement par moulage par compression, éventuellement suivies d’étapes d’usinage afin de lui conférer des formes complexes. La bague de montage 7 en BMC peut alternativement être obtenue par moulage par injection.
Dans ce mode de réalisation, la périphérie extérieure de la bague de montage 7 est constituée d’une surface cylindrique en conformité de forme avec une surface cylindrique ménagée dans le logement 4 du corps.
De plus, la bague de montage 7 est avantageusement fixée dans le logement 4 du corps 2 du connecteur par tout moyen approprié, et de préférence par collage ou surmoulage.
La figure 6 illustre un cinquième mode de réalisation, dérivé du quatrième mode illustré à la figure 5. La bague de montage 7 comprend, au-delà d’une portion centrale 11 cylindrique légèrement concave en contact avec une portion cylindrique légèrement convexe du logement 4 du corps 2 du connecteur 1, deux portions obliques 14 et 15 situées chacune de part et d’autre de la portion centrale 11. Les deux portions obliques sont également en appui dans le logement 4 du corps 2, contre des portions en conformité de forme. Chaque portion14, 15 possède, dans une direction perpendiculaire à l’axe X2 du logement 4, une épaisseur qui augmente en direction de l’extérieure du logement 4. Cette particularité géométrique permet non seulement de renforcer la tenue axiale du corps 2 dans la zone de montage de la rotule 3, mais également, par effet de coin, de transmettre au stratifié un effort de fermeture. L’invention a été décrite pour une ferrure d’attache de deux membres, par exemple équipant un aéronef. A titre indicatif, une telle ferrure connecte un inverseur de poussée de réacteur à la nacelle du réacteur. L’invention a été décrite pour une ferrure d’attache de deux membres, mais pourrait tout à fait être mise en oeuvre pour connecter entre eux trois ou plus de membres.
Par ailleurs, l’invention pourrait s’appliquer à un autre type de connecteur qu’une ferrure, par exemple un embout de bielle ou une manille, également pour une application dans le domaine aéronautique ou toute autre domaine technique.
De plus, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation de l’invention peuvent, entièrement ou en partie, être combinées entre elles. Ainsi, le connecteur peut être adapté aux besoins spécifiques de l’application pour laquelle il est destiné à être utilisé.
NOMENCLATURE F1 force de compression F2 force de retenue X1, Χ2 axes 1 connecteur 2 corps 2a, 2b portions 2c, 2d bords 3 rotule 3a surface sphérique 3b alésage 4 logement 5 embase 6a plis 6b matrice 7 bague de montage 7a surface sphérique 8 épaulement 9 écrou 10 rondelle 11 portion centrale 12, 13 rebords 14,15 portions obliques

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Connecteur (1) pour connecter deux membres, comprenant: Un corps (2) en matériau composite constitué de fibres de renfort noyées dans une matrice plastique (6b) en résine, pour connecter entre eux les deux membres, et possédant un logement (4), une bague de montage (7) installée dans le logement (4), une rotule (3) installée dans la bague de montage (7) et apte à autoriser, par rotulage dans, une possibilité d’articulation entre les deux membres à connecter, la rotule servant de zone de fixation pour l’un des deux membres, caractérisé en ce que : les fibres de renfort forment, avec la résine, des plis (6a) qui, une fois empilés, constituent un stratifié, et la bague de montage (7) est fixée dans le logement (4) du corps (2) du connecteur (1), de sorte à empêcher tout mouvement relatif de la bague de montage (7) par rapport au corps (2) du connecteur (1).
  2. 2. Connecteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague de montage (7) comprend sur sa périphérie intérieure une surface sphérique (7a) en conformité de forme avec une surface sphérique (3a) de la périphérie extérieure de la rotule (3).
  3. 3. Connecteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague de montage (7) encaisse des contraintes d’ouverture générées par le rotulage de la rotule (3).
  4. 4. Connecteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un lubrifiant solide est disposé sur ou intégré à la surface sphérique (7a) de la bague de montage (7), afin de faciliter le rotulage de la rotule (3) dans la bague de montage (7).
  5. 5. Connecteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague de montage (7) exerce une force de compression (F1) ou une force de retenue (F2) sur une première (2a) et une deuxième (2b) portions du corps (2) du connecteur (1), afin de maintenir une cohésion mécanique entre les fibres et la matrice (6b) pour éviter le délaminage du corps (2) du connecteur (1).
  6. 6. Connecteur (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la bague de montage (7) possède sur sa périphérie extérieure un épaulement (8) en appui contre la première portion (2a) du corps (2) du connecteur (1), et une surface taraudée pouvant accueillir un écrou (9) de serrage qui, par son serrage contre la deuxième portion (2b) du corps (2) du connecteur (1), permet de créer la force de compression (F1).
  7. 7. Connecteur (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la bague de montage (7) comprend, au-delà d’une portion centrale (11) en contact avec le logement (4) du corps (2) du connecteur (1), deux rebords (12) et (13) latéraux en appui sur les portions (2a) et (2b) du corps (2), de sorte à exercer sur lesdites portions (2a) et (2b) la force de retenue (F2).
  8. 8. Connecteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague de montage (7) se présente sous la forme d’un tissu autolubrifiant constitué à partir d’un tissu imprégné d’un liant et contenant des fibres lubrifiantes et des fibres structurantes pour supporter les charges extérieures transmises au connecteur (1), en particulier les contraintes d’ouverture.
  9. 9. Connecteur (1) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la bague de montage (7) consiste en une bague solide constituée de matériau BMC et fixée dans le logement (4) du corps (2) du connecteur (1) par collage ou surmoulage.
  10. 10. Connecteur (1) selon l’une des revendications 9, caractérisé en ce que la bague de montage (7) comprend, au-delà d’une portion centrale (11) cylindrique légèrement concave en contact avec une portion cylindrique légèrement convexe du logement (4) du corps (2) du connecteur (1), deux portions obliques (14) et (15) situées chacune de part et d’autre de la portion centrale (11) et également en appui dans le logement (4) du corps (2) du connecteur (1 ).
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