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FIXATION A VERROUILLAGE POSITIF
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention appartient au domaine des fixations mécaniques.
Plus particulièrement, l'invention appartient au domaine des fixations
mécaniques à verrouillage positif.
ETAT DE L'ART
Un problème soulevé par le mode de fixation d'un ensemble structurel par
fixations filetées est celui du desserrage en utilisation, généralement
conséquence
des vibrations. Des dispositifs de verrouillage positif sont mis en oeuvre
pour
résoudre ce problème.
Il est connu d'utiliser des fils frein pour éviter le desserrage des fixations
par
vibrations. Un inconvénient de tels fils est qu'ils ne limitent pas
suffisamment le
relâchement des fixations.
La demande de brevet japonais JP 3629486 décrit une fixation à
verrouillage positif comprenant une vis, un écrou et un capuchon. Le capuchon
comporte une partie inférieure à section polygonale étoilée présentant M
sommets
adaptée pour s'engager sur l'écrou, et une partie supérieure adaptée pour
s'engager sur une partie d'engagement de la vis à section polygonale étoilée
présentant N sommets. Un jeu angulaire prévu entre la partie inférieure et
l'écrou
et un jeu angulaire prévu entre la partie supérieure et la partie d'engagement
de la
vis permettent d'engager le capuchon sur la vis et l'écrou pour un nombre de
positions du capuchon donné par le plus grand diviseur commun de M et N. La
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somme des jeux angulaires est donnée par un rapport entre 1800 et le plus
petit
commun multiple de M et N.
Afin de limiter le desserrage de la fixation présentée, il convient d'avoir
des
jeux angulaires les plus petits possible, donc un plus petit commun multiple
de M
et N aussi grand que possible. En conséquence, cette fixation est
particulièrement
adaptée pour des ensembles vis/écrou permettant d'obtenir un plus grand
commun diviseur aussi petit que possible.
Un inconvénient de cette invention est donc que le capuchon ne peut
s'engager à la fois sur la vis et l'écrou dès le premier essai que dans un
très petit
nombre de positions, dépendant des valeurs de M et N. Il faut donc enlever le
capuchon et le déformer plastiquement, puis l'engager de nouveau sur la vis et
l'écrou.
Par ailleurs, le nombre de positions du capuchon permettant son
engagement sur la fixation doit être limité sous peine d'accroître la
possibilité de
desserrage de la fixation.
Un autre inconvénient de la fixation décrite est qu'elle ne peut être utilisée
qu'un nombre limité de fois, environ deux ou trois, du fait du sertissage du
capuchon dans la gorge de l'écrou, et du démontage par un arrache-moyeu qui
endommage nécessairement le capuchon.
EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention se propose de résoudre les problèmes de l'art antérieur.
L'invention concerne un capuchon destiné à recevoir une goupille pour
assurer un verrouillage positif d'une fixation, ladite fixation comportant :
- une vis, ladite vis s'étendant selon un axe longitudinal et
comportant
une portion filetée présentant :
= un trou borgne s'étendant selon ledit axe longitudinal, ledit
trou borgne présentant une paroi interne comportant au moins un premier
élément
anti-rotation;
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= une gorge située à proximité d'une extrémité libre de ladite
portion filetée ;
- un écrou présentant une portion de serrage sensiblement tubulaire
présentant une période angulaire w, une paroi externe de ladite portion de
serrage
comportant des moyens d'entraînement de l'écrou en rotation;
ledit capuchon s'étendant selon un axe principal sensiblement confondu
avec l'axe longitudinal lorsqu'il est en place, ledit capuchon étant
caractérisé en ce
qu'il comporte :
- une portion de blocage sensiblement tubulaire présentant une paroi
interne adaptée pour permettre l'introduction de la portion de serrage dans
ladite
portion de blocage et, lorsque ladite portion de serrage est introduite dans
ladite
portion de blocage, autoriser un mouvement de rotation relatif dudit écrou par
rapport à ladite portion de blocage, autour de l'axe longitudinal, d'amplitude
angulaire 9;
- une portion de verrouillage présentant :
= un téton destiné à être inséré dans le trou borgne, le téton
s'étendant selon l'axe principal et comportant au moins un second élément anti-
rotation, disposé sur une surface extérieure du téton, le second élément anti-
rotation étant destiné à coopérer avec au moins le premier élément anti-
rotation
du trou borgne pour former une liaison glissière ;
= des ouvertures adaptées pour recevoir la goupille ;
au moins un des premier et second éléments anti-rotation dudit trou borgne
et dudit téton présentant une période angulaire 0 ;6, de sorte que l'un des
premier
et second éléments anti-rotation du trou borgne et du téton comporte
respectivement 360 / 0 ou 360 / i3 rainures, et l'autre au moins une dent,
et l'amplitude angulaire 9 étant au moins égale :
- à la période angulaire 0 ;6 si un seul des deux éléments présente
une périodicité angulaire ;
- au minimum des deux périodes angulaires 0 ;6 si les deux éléments
présentent une périodicité angulaire ;
et lesdites portion de blocage et portion de verrouillage étant solidaires et
fixes entre elles.
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Dans une forme de réalisation, la période angulaire 0 ;13 si un seul des deux
éléments anti-rotation présente une périodicité angulaire, ou le minimum des
deux
périodes angulaires 0 ;13 si les deux éléments anti-rotation présentent une
périodicité angulaire, est égale à w/p, p étant un entier naturel supérieur ou
égal à
2.
Dans une forme de réalisation, le téton est solidaire d'au moins un élément
support solidaire du reste de la portion de verrouillage.
Dans une forme de réalisation, l'au moins un élément support est un
plateau fermant une extrémité libre de la portion de verrouillage.
Dans une forme de réalisation, les ouvertures sont des encoches.
Dans une forme de réalisation, les ouvertures sont des trous oblongs.
L'invention concerne également une fixation à verrouillage positif
comportant :
- une vis, ladite vis s'étendant selon un axe longitudinal et comportant
une portion filetée présentant :
= un trou borgne s'étendant selon ledit axe longitudinal, ledit
trou borgne présentant une paroi interne comportant au moins un premier
élément
anti-rotation, ledit au moins un premier élément anti-rotation présentant une
période angulaire 0 autour dudit axe longitudinal sur la paroi interne;
= une gorge située à proximité d'une extrémité libre de ladite
portion filetée ;
- un écrou présentant une portion de serrage sensiblement tubulaire,
une paroi externe de ladite portion de serrage comportant des moyens
d'entraînement de l'écrou en rotation ; ladite fixation étant caractérisée en
ce
qu'elle comporte en outre :
- un capuchon selon l'un quelconque des modes de réalisation de
l'invention, dont le téton coopère avec le trou borgne pour immobiliser ledit
capuchon en rotation par rapport à la vis,;
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- une goupille adaptée pour être insérée dans la gorge de la vis et
dans les ouvertures du capuchon de sorte à maintenir entre eux ladite vis et
ledit
capuchon.
5 Dans une forme de réalisation :
- l'écrou est un écrou à douze pans dont la section polygonale étoilée
présente une période angulaire w égale à 30 ;
- une section transversale de la paroi interne du trou borgne est une
section polygonale étoilée de période angulaire 0 égale à 150
,
- le téton du capuchon comporte douze dents dont la section
transversale présente une période angulaire égale à 30 .
Dans une forme de réalisation, la goupille est une goupille cavalier.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à
l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à
titre
indicatif et nullement limitatif de l'invention.
La figure la représente une vue isométrique d'une fixation à verrouillage
positif selon l'invention, maintenant un ensemble structurel, dans un exemple
de
réalisation de l'invention.
La figure lb représente une vue isométrique avec coupe selon un plan
longitudinal de la fixation à verrouillage positif dans l'exemple de
réalisation de la
figure la.
La figure 2a représente une vue isométrique d'une partie de la portion
filetée de la vis de la fixation dans l'exemple de réalisation de la figure la
(filetage
de la vis non représenté).
La figure 2b représente une vue en section transversale de la vis dans
l'exemple de réalisation de la figure 1a.
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La figure 3a représente une vue en section de la fixation dans une première
configuration, lorsque le capuchon est installé sur le boulon, ladite section
étant
réalisée au niveau de la portion de blocage du capuchon (filetage de la vis
non
représenté).
La figure 3b représente une vue en section de la fixation dans une seconde
configuration, lorsque le capuchon est installé sur le boulon, ladite section
étant
réalisée au niveau de la portion de blocage du capuchon (filetage de la vis
non
représenté).
La figure 4a représente une vue isométrique du capuchon dans l'exemple
.. de réalisation de la figure la de la fixation.
La figure 4b représente une vue en coupe transversale, au niveau de la
portion de blocage, du capuchon dans l'exemple de réalisation de la figure la
de
la fixation.
La figure 5 est un schéma de principe représentant les positions relatives
de la portion filetée, de la portion de serrage, du téton et de la portion de
blocage,
dans une position du capuchon permettant son engagement sur le boulon.
La figure 6 représente un schéma de principe représentant les positions
relatives de la portion filetée, de la portion de serrage, du téton et de la
portion de
blocage, dans une position du capuchon permettant son engagement sur le
boulon, dans une variante de réalisation dans laquelle l'écrou est un écrou à
six
pans.
La figure 7 représente un schéma de principe représentant les positions
relatives de la portion filetée, de la portion de serrage, du téton et de la
portion de
blocage, dans une position du capuchon permettant son engagement sur le
boulon, dans une variante de réalisation dans laquelle le téton présente deux
dents diamétralement opposées.
La figure 8 représente une vue isométrique du capuchon dans une forme
de réalisation dans laquelle les ouvertures sont des encoches et l'élément
support
est un ensemble de branches support.
Les figures sont des schémas de principe proposés pour une bonne
compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle.
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DESCRIPTION DETAILLEE
Dans toute la description, les angles sont exprimés en degrés.
En référence aux figures la et lb, une fixation à verrouillage positif selon
l'invention comporte :
- une fixation comprenant une vis 1 et un écrou 2 pour maintenir fixés
entre eux deux éléments de structure formant un ensemble structurel 5 ;
- un capuchon 3 ;
- une goupille 4.
La vis 1 s'étend selon un axe longitudinal A et présente à une première
extrémité une tête 10 et à une seconde extrémité une portion filetée 11. La
portion
filetée 11 présente une cavité 110, borgne dans l'exemple illustré, s'étendant
axialement et débouchant sur la seconde extrémité. Dans l'exemple illustré sur
les
figures 2a et 2b, la cavité 110 a une forme sensiblement cylindrique à section
polygonale étoilée formant un ensemble de rainures 1100 et de dents 1101
formant un premier élément anti-rotation. Dans l'exemple illustré, la cavité
110
présente une période angulaire 0 autour de l'axe A égale à 15 , c'est-à-dire
que la
cavité possède vingt-quatre dents 1101 et vingt-quatre rainures 1100. A
proximité
de la seconde extrémité, la portion filetée comporte également une gorge 111 à
section en U .
En référence aux figures 3a et 3b, l'écrou 2 présente une portion de
serrage 21 sensiblement tubulaire et s'étendant selon l'axe longitudinal A
lorsque
l'écrou 2 est installé sur la vis 1. Une paroi interne de l'écrou 2 est
taraudée pour
être vissée sur la portion filetée 11 de la vis 1. Une paroi externe de la
portion de
serrage 21 a une forme sensiblement cylindrique à section polygonale étoilée,
de
période angulaire w autour de l'axe longitudinal A. Dans l'exemple illustré,
l'écrou
2 est un écrou douze pans. La portion de serrage 21 présente ainsi une période
angulaire w autour de l'axe longitudinal A égale à 30 .
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En référence aux figures la, lb, 4a et 4b, le capuchon 3 est un élément
s'étendant selon un axe principal Al sensiblement confondu avec l'axe A
lorsque
la fixation est installée, et comportant une portion de blocage 31 et une
portion de
verrouillage 32 solidaires et fixes entre elles, éventuellement raccordées
entre
elles par le biais d'une portion de raccordement 33 tronconique comme illustré
sur
les figures. La forme de la portion de raccordement 33 illustrée n'est pas
limitative,
elle peut être réalisée sous diverses formes.
La portion de blocage 31 est un élément tubulaire dont une paroi externe
est cylindrique, d'axe l'axe principal Al , de section circulaire, et une
paroi interne
est cylindrique, d'axe l'axe principal Al, de section polygonale étoilée. Une
période angulaire a de la paroi interne est sensiblement égale à la période
angulaire w de la paroi externe de la portion de serrage 21 de l'écrou 2. Dans
l'exemple illustré, la période angulaire a de la paroi interne autour de l'axe
Al est
égale à 30 . Les dimensions de la portion de blocap 31 sont choisies de telle
sorte que la portion de serrage 21 peut être insérée au moins partiellement
dans
ladite portion de blocage avec un jeu de montage et en autorisant par ailleurs
un
débattement angulaire 9 de ladite portion de blocage autour de son axe égal à
la
période angulaire 0, soit 15 .
En variante, le nombre de dents 1101 et de rainures 1100 de la cavité 110
pourrait être supérieur, par exemple égal à quarante-huit. La période
angulaire 0
serait donc de 7,5 , et le débattement angulaire 9 de la portion de blocage 31
du
capuchon 3 par rapport à la portion de serrage de l'écrou 2 serait également
de
7,5 . Au contraire, le nombre de dents 1101 et de tainures 1100 de la cavité
pourrait être moindre, par exemple égal à douze. La période angulaire 0 serait
donc de 30 , et le débattement angulaire9 de la portion de blocage 31 par
rapport
à la portion de serrage de l'écrou 2 serait également de 30 .
Dans le cas d'un faible nombre de dents 1101 et par conséquent d'un fort
débattement angulaire 9, la fonction de verrouillage positif serait toujours
réalisée,
mais la tenue mécanique du capuchon serait moindre. Dans le cas d'un très
grand
nombre de dents 1100 et d'un faible débattement angulaire 9, la tenue
mécanique
serait nettement augmentée, mais les coûts de production de la vis
augmenteraient du fait de la précision nécessaire pour réaliser le grand
nombre de
rainures 1100 et dents 1101.
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La portion de verrouillage 32 est un corps creux sensiblement tubulaire
s'étendant selon l'axe principal A1, ladite portion de verrouillage étant
raccordée à
la portion de blocage 31 par une première extrémité, et fermée à une seconde
extrémité par un plateau 320.
La portion de verrouillage 32 comprend également un téton 321 de forme
complémentaire de celle de la cavité 110. Dans l'exemple illustré sur la
figure 4a,
le téton 321 est de forme cylindrique à section polygonale étoilée formant un
ensemble de dents 3210 et de rainures 3211, formant un second élément anti-
rotation. Le téton 321 est rattaché à un élément support. Dans la forme de
réalisation illustrée sur la figure 4a, l'élément support est le plateau 320
et le
téton 321 s'étend depuis une paroi interne du plateau 320 dans une direction
portée par l'axe principal E1. Une période angulaire p. du téton 321 autour de
l'axe Al sépare les dents 3210. Dans l'exemple illustré, la période angulaire
13 est
égale à 30 , ce qui signifie que le téton comporte douze dents 3210 et douze
rainures 3211.
En variante, le nombre de dents 3210 du téton 321 pourrait être au moins
égal à une dent et au maximum égal au nombre maximum de rainures de la
cavité, afin que le téton puisse être toujours inséré dans la cavité 110.
La portion de verrouillage 32 comprend également un ensemble
d'ouvertures 322, par exemple des trous ou des encoches Dans l'exemple
illustré
sur la figure 4a, les ouvertures 322 sont des trous oblongs dont un plan
médian
coupant lesdites ouvertures dans le sens de leur longueur est sensiblement
perpendiculaire à l'axe principal Al dudit premier capuchon. Les dimensions
des
ouvertures 322 sont adaptées pour permettre l'insertion de la goupille 4 dans
lesdites ouvertures. Dans l'exemple illustré sur la figure 8, les ouvertures
322 sont
des encoches.
La portion de blocage 31 et la portion de verrouillage 32 peuvent également
avoir un même diamètre extérieur, de sorte que la portion de raccordement peut
présenter un même diamètre extérieur que lesdites portions de serrage et de
verrouillage. Le capuchon 3 peut également présenter sur au moins une des
parois externes des portions de blocage 31, de verrouillage 32 et/ou de
raccordement 33 des portions facilitant la préhension du capuchon, comme des
creux par rapport à la paroi cylindrique, ou des saillies.
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La mise en oeuvre de la fixation selon l'invention se fait selon la manière
décrite ci-après.
5 Dans un premier temps, l'écrou 2 est installé sur la vis 1 pour
maintenir
l'ensemble structurel 5 avec le serrage au couple désiré.
Par la suite, la portion de blocage 31 du capuchon 3 est alignée avec la
portion de serrage 21 de l'écrou 2 de sorte que ladite portion de blocage peut
être
partiellement glissée sur ladite portion de serrage.
10 Ensuite, si le téton 321 ne rentre pas dans la cavité 110, une rotation
du
capuchon 3 autour de l'axe principal Al est réalisée pour que ledit téton
puisse
rentrer dans ladite cavité.
Le débattement angulaire 9 de la portion de blocage 31 vis-à-vis de la
portion de serrage 21 est égal à 0, de sorte que le téton 321 peut être inséré
dans
la cavité 110 par rotation du capuchon 3 à gauche ou à droite sans nécessiter
le
désengagement dudit capuchon de l'écrou 2.
La cavité 110 possédant deux fois plus de rainures 1100 que le téton 321
ne possède de dents 3210, le nombre possible de positions dans laquelle le
capuchon 3 est mis en place correctement sans rotation ultérieure sur l'écrou
est
maximisé. Dans cet exemple, la cavité possède vingt-quatre rainures, il existe
donc vingt-quatre positions dans laquelle le capuchon 3 est mis en place
correctement sans rotation ultérieure sur l'écrou.
En variante, les nombres de dents 3210 du téton et de rainures 1100 de la
cavité peuvent être égaux, sans impact sur la tenue mécanique du capuchon.
Ainsi, il est possible de serrer l'écrou 2 au couple de serrage nominal sur la
vis 1 puis de placer le capuchon 3 qui maintiendra l'écrou 2 en position dans
la
limite de desserrage des jeux angulaires.
La figure 5 représente un schéma de principe illustrant les positions
relatives de la vis 1, de l'écrou 2, de la portion de blocage 31 et du téton
321 après
mise en place du capuchon 3.
Une fois le capuchon 3 mis en place, la goupille 4, de type goupille cavalier,
est insérée dans les ouvertures 322 et vient s'insérer dans la gorge 111 de la
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portion filetée 11, permettant ainsi de bloquer le capuchon 3 sur la vis et
l'écrou et
verrouiller la fixation.
En complément, il convient de noter que :
- la rotation
du capuchon 3 après mise en place partielle sur l'écrou 2
peut être réalisée aussi bien dans un sens direct qu'indirect autour de l'axe
longitudinal A ;
- le capuchon 3 peut être mis en place quelle que soit l'orientation de
l'écrou 2 par rapport à la vis 1, indépendamment de l'orientation de la
section
polygonale étoilée du téton 321 par rapport à la section polygonale étoilée de
la
paroi interne de la portion de blocage 31;
- les périodes angulaires uo et a de la portion de serrage 21 et de la
portion de blocage 31 ne sont pas nécessairement égales entre elles. Le
capuchon 3 décrit précédemment est par exemple adapté à un écrou six pans,
comme illustré sur la figure 6. De manière générale, la période angulaire a
est
égale à un multiple entier de ladite période angulaire 0 de ladite cavité ;
-
la fonction du téton 321 étant de bloquer la rotation du capuchon 3
par rapport à la vis 1, il suffit que le téton 321 et la vis 1 ait une
position angulaire
relative quelconque avec un pas angulaire 0, par exemple que l'un de la vis 1
et
du téton 321 comporte 360 / 0 rainures et l'autre au moins une dent, pour
permettre ledit blocage. Dans la mesure où le téton 321 comporte au moins deux
dents 3210, chacune desdites dents doit être séparée d'une autre dent d'un
angle
multiple entier de 0. Préférentiellement, pour assurer une tenue mécanique de
la
fixation, le téton 321 comportera au moins deux dents 3210, comme illustré sur
la
figure 7;
- contrairement à l'exemple présenté, le téton 321 peut comporter en
variante un nombre de rainures 3211 supérieur au nombre de dents 1101 de la
cavité 110. Dans ce cas, le débattement angulaire 9 de la portion de blocage
31
vis-à-vis de la portion de serrage 21 est calculé en fonction du nombre de
dents et
rainures du téton, ou en d'autre termes, en fonction de la période p. du moyen
anti-
rotation téton, période inférieure à la période 0 du moyen anti-rotation de la
cavité 110.
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Un avantage de l'invention est qu'elle permet un verrouillage positif de la
fixation quelle que soit la position relative de l'écrou 2 par rapport à la
vis 1 après
application du couple de serrage de l'écrou 2 lors de son installation en
assurant
au moins une position du capuchon permettant sa mise en place et en limitant
l'angle de desserrage à une valeur maximale acceptable. En pratique, de par
des
jeux existant entre ses divers éléments, dus aux tolérances, la fixation selon
l'invention présente dans la forme de réalisation présentée sur les figures la
à 5
un desserrage maximal d'environ 100 tous efforts ccnfondus. Ce desserrage
maximal correspond à une perte de précontrainte maximale d'environ 5%. On
entend par perte de précontrainte maximale la perte de précontrainte dans le
scénario le plus pessimiste de desserrage de la fixation, compte-tenu de la
rotation maximale possible suivant les principes exposés plus les rattrapages
de
jeux.
Bien qu'elle soit particulièrement adaptée à un écrou douze pans, l'homme
du métier comprendra que l'invention n'est pas limitée à l'exemple de
réalisation
illustré, et peut être appliquée notamment à d'autres écrous. Il doit
toutefois être
remarqué que la configuration choisie devra toujours vérifier que l'angle de
desserrage maximum ne conduise pas à une diminution de la précontrainte
supérieure à une valeur spécifiée. A titre d'exemple, dans une forme de
réalisation
faisant intervenir un écrou six pans et un capuchon ayant une portion de
blocage
de même période angulaire que la portion de serrage de l'écrou, soit 60 , le
desserrage maximal est d'environ 20 , puisque le ditattement angulaire de
l'écrou 2 dans le capuchon 3 double. Cela conduit à une perte de précontrainte
maximale d'environ 10%. Pour limiter la perte de précontrainte maximale dans
ce
cas, une solution est de conserver la portion de blocage 31 du capuchon 3
déterminée dans le cas d'un écrou à douze pans, comme illustré sur la figure
6, de
sorte que le débattement angulaire de l'écrou dans le second capuchon est de
15
au lieu de 30 .
