Brevet FR2002080A1 — publié le 19691003

i 2002080 En gros, la présente invention concerne des moyens de fixation et leur montage, et plus particulièrement des améliorations apportées aux moyens de fixation et aux techniques de fixation avec lesquels on peut obtenir des assemblages de pièces plus efficaces 5 par utilisation d'un moyen de fixation du type boulon comportant un écrou présentant plusieurs collets de rupture de couple ayant des résistances différentes au cisaillement. Un collet de rupture de couple se définit comme une partie extérieure d'un écrou sur laquelle on applique un couple jusqu'à une valeur prédéterminée à lO laquelle le collier se rompt laissant un dernier positionnement de 1*écrou sur son boulon soua une charge de couple calculée avec précision. Cette charge de couple impose une condition de précontrainte à l'ensemble réuni ce qui améliore à la fois le rendement statique et à la fatigue. 15 Bien que non limitée à cela, la présente invention trouve une utilité particulière dans les applications les plus exigeantes de l'aviation de nos jours où des rapports résistance maximale/poids sont exigés. Dans ces applications la structure interne, les fuselages, les pièces, etc., sont conçus et fabriqués avec des . tolé-20 rances de résistance extrêmement serrées. Quand des trous destinés à loger des moyens de fixation sont nécessaires dans de telles structures de résistance limites, des précautions spéciales doivent être prises et l'on doit prendre des dispositions pour empêcher une défaillance de la structure sinon avant, certainement 25 au cours du fonctionnement en service normal ou attendu. Un renfort ou un renforcement de structure des pièces dans les zones de ces trous est extrêmement inopportun à cause du grand nombre de moyens de fixation utilisés dans chaque aéronef et da 1 * accumulation ae/^16 cela entraîne et également dans certains cas, à cause de limitations 30 au point de vue espace. Entre autres choses, on a obtenu un succès considérable par l'emploi de moyens de fixation filetés munis desdits'collets de rupture de couple* par lesquels les forces appliquées en positionnant convenablement ces moyens de fixation peuvent être contrôlées 35 avec précision. En soi, le collet de rupture de couple est un écrou fileté intérieurement avec les faces extérieures coopérant avec la clef, généralement de formehexagonale, qui en sont espacées axia-lement et y sont reliées par un étranglement ayant une résistance au cisaillement prédéterminée. Ainsi, à mesure que l'on serre 40 1*écrou sur son boulon, l'étranglement se cisaille lorsque la force 69 03797 2 2002080 du couple prévu est atteinte et le serrage du collet contre la structure à l'opposé de la tête extérieure du boulon est établi avec précision de façon que l'on ne charge pas indûment le moyen de fixation ou que l'on n'aggrave pas l'état de la struc- 5 ture dans le trou du moyen de fixation et autour de ce dernier. De plus, on a remarqué que des avantages, résidant particulièrement dans une durée prolongée du fait d'une résistance accrue à la corrosion et à la fatigue, peuvent être obtenu^ par l'utilisation de produits hermétiques et (ou) d'agents liants dans le trou 10 destiné au moyen de fixation et autour, de même qu'entre les surfaces affleurantes des pièces assemblées. Le moyen de fixation peut être monté que l'hermétique ait pris ou non. Dans l'un ou l'autre cas, le produit hermétique et le moyen de fixation étant convenablement en place, l'humidité est empêchée d'en-15 trer autour du moyen de fixation au contact du grain dénudé et (ou) des surfaces affleurantes de la structure ou des pièces assemblées où cela pourrait provoquer de l'oxydation et diminuer la résistance de l'assemblage et (ou) de l*élément de structure élémentaire. En tentant de bénéficier des deux techniques précédentes, on 20 a rencontré des problèmes. Pour la plus grande partie, ces problèmes proviennent du mouvement relatif qui se produit entre le moyen de fixation et la structure ou les pièces à la suite du montage quand l'assemblage se relâche ou se fixe. Ainsi, les surfaces associées du moyen de fixation et de la structure ou des pièces se 25 déplacent ou glissent, rendant un serrage supplémentaire nécessaire et il est difficile de contrôler les forces de liaison précises. Ces problèmes sont même plus importants quand on utilise des produits hermétiques comme on l'a mentionné ci-dessus à cause de l'effet d'écoulement du produit hermétique pendant qu'il prend. 30 Une solution à ces problèmes a généralement été donnée au moyen d'un outil spécial ou d'un écrou pour faire rentrer le moyen de fixation dans le trou et dans une position de montage initiale, où, à la suite du relâchement du joint, avec ou sans prise de l'hermétique, on le serre en faisant tourner le collier de rupture de 35 couple d'une façon classique jusqu'à la valeur du couple final. Ceci est une opération coûteuse étant donné qu'elle est longue et exige au moins un outil ou un écrou supplémentaires. De même, elle ne réussit pas à produire la meilleure liaison étant donné que le serrage initial du moyen de fixation n'est pas précis, (à moins 40 qu'il n'ait été mesuré au cours d'une opération, séparée), et à ... 69 03797 3 2002080 moins de faire très attention il est invariablement moins qu'idéal. Egalement, le serrage final sur le produit hermétique pris peut être et généralonont est inféiieûr au serrage optimal. La présente invention se propose de surmonter les difficultés 5 ci-dessus et d'autres en réalisant des liaisons idéales au moyen et par l'intermédiaire d'un écrou spécialement conçu ayant plu- t 0 sieurs collets de rupture de couple que l'on serre successivement. Il en résulte un moyen de fixation amélioré qui, à la suite d'une application de produit hermétique par exemple, peut être initiale-10 ment enduit et mis en place dans le trou d'une façon précise et fiable par une ou plusieurs opérations de serrage jusqu'à la tolérance de force maximale. Ensuite, de préférence après prise complète du produit hermétique, ce moyen de fixation peut être finalement et en dernier serré à la condition de couple final selon 15 des forces de serrage précalculées et précises ne nécessitant pas l'utilisation d'outils spéciaux ou d'écrous à déposer pour maintenir le moyen de fixation en place pendant que le produit hermétique ou l'agent liant glisse. On s'est proposé ici, plus particulièrement, de concevoir un 20 écrou comportant au moins deux collets de rupture de couple s'en étendant co-axialement, comprenant chacun une face coopérante avec une clef et un étranglement de cisaillement, chaque étranglement le plus à l'extérieur étant conçu pour une valeur de couple prédéterminée inférieure à celle de l'étranglement intérieur immédiate-25 ment adjacent. Cet écrou comprend entre chaque étranglement de cisaillement successif un moyen pour empêcher le passage de la clef au delà de la surface la plus à l'extérieur coopérant avec la clef et en contact possible avec la surface ou les surfaces coopérant avec la clef immédiatement intérieures. 30 Avec le présent dispositif, la mise en place s'effectue en serrant initialement 1'écrou sur son boulon en faisant tourner le collet de rupture de couple le plus à l'extérieur et en appliquant des forces de couple jusqu'à la résistance prévue de son étranglement de cisaillement. A ce point là ce collet de rupture de couple 35 et le moyen adjacent limitant l'usage de la clef casse laissant encore le reste de 1'écrou comprenant au moins/un collet de rupture de couple. Dès la stabilisation ou la stabilisation ultérieure du joint et éventuellement de la prise du produit hermétique ou de l'agent liant, un serrage effectué par la suite de chaque collet 40 de couple rattrape tout relâchement ou glissement qui a pu se pro- 69 03797 4 2002080 duire. Dans chaque opération de serrage, on peut appliquer une force précise jusqu'à la limite extrême de cette section de cisaillement de collet particulière. En définitive la totalité des collets de rupture de couple est de ce fait enlevée et il reste un 5 écrou d'une dimension minimale pour achever la mise en place. Ayant en vue les objectifs ci-dessus et d'autres^ comme cela apparaîtra, la présente invention consiste dans la construction, la combinaison et l'agencement de pièces, toutes ci-après décrites de façon plus complète, revendiquées et représentées sur les des-10 sins ci-joints, dans lesquels : La figure 1 est une coupe transversale d'une paire d'éléments adjacents comportant des ouvertures pour moyens de fixation centrées, un hermétique étant appliqué sur leurs surfaces et sur les surfaces affleurantes des éléments, et un élément de fixation file-15 té associé ayant une tige conique, par exemple, pour illustrer., l'application dessus d'un écrou conçu et construit selon les principes ci-dessus/représenté en trois stades de son montage : (1) initialement vissé sur l'extrémité de la tige du boulon pour le serrer dans son ouverture, représentant principalement les étran-20 glements de cisaillement de profondeurs différentes séparant les collets successifs de l1écrou de même que le. moyen limitant l'introduction de la clef sur le collet le plus à l'extérieur;(2) serré à un couple prédéterminé pour placer le boulon sous une tension prédéterminée en fixant les éléments, représentant particuliè-25 rement l'ensemble une fois que le collier de couple le plus à l'extérieur a été cassé et que les éléments ont été serrés ensemble en comme/fait preuve l'épaisseur de la couche de produit hermétique entre leurs surfaces affleurantes; et (3) serré ultérieurement et finalement pour placer le boulon sous la tension finale prédé-30 terminée une fois que le joint s'est relâché, représentant l'ensemble final une fois que le dernier collet de rupture de couple s'est cassé et que la couche de produit hermétique a été réduite à l'épaisseur optimale; La figure 2 est une vue isométrique représentant un écrou 35 modifié construit dans lequel l'introduction de la clef sur lui est limitée par déplacement angulaire des collets de rupture de couple successifs au lieu du dispositif d'arrêt ou à séparation représenté sur la figure 1; et La figure 3 est une vue isométrique d'une autre construction 40 d'écrou dans laquelle l'introduction de la clef sur lui est limitée 69 03797 5 2002080 par un collet intérieur agrandi- nécessitant un outil d'une dimension différente. En se référant plus particulièrement aux dessins, deux pièces 10 et 11 sont adaptées pour être reliées entre elles, leurs surfaces 5 lo' et 11* s'appuyant respectivement l'une sur l'autre. Une ouverture 12 perce les pièces 10 et 11 ainsi disposée et adaptée pour recevoir la tige d'un boulon 13. De préférence, l'ouverture est conique et la tige du boulon a une conicité correspondante indiquée au repère 14 pour réaliser un ajustage serré une fois montée dedans. 10 Préalablement à l'introduction du boulon 13 dans l'ouverture 12, on enduit avec un hermétique approprié 15, les surfaces des pièces 10 et 11, délimitant l'ouverture 121 de même que les surfaces affleurantes 10' et 111 pour empêcher que ne s'y introduise- de l'eau ou de l'humidité ce qui pourrait provoquer de l'oxydation. Ces produits 15 hermétiques sont bien connus dans la technique et en soi ne font pas partie de la présente invention. Le boulon 13 se termine par une extrémité filetée cylindrique 16 qui fait saillie au delà de la surface extérieure de la pièce adjacente 10 quand on introduit initialement le boulon 13 dans l'ou-20 verture 12. Ainsi disposé, on place un écrou 18 pour le visser sur un boulon 12 soit à la main soit avec un outil. Dans le cas préféré, c'est à dire, dans lequel on utilise un moyen de fixation conique, le boulon 13 est introduit dans l'ouverture 12 jusqu'à un point ou le serrage commence à se produire entre les surfaces de 25 la tige conique 14 et les pièces 10, 11 comme on l'a représenté au premier stade de l'assemblage à l'extrême gauche de la figure 1. L'écrou 18 est formé dans une structure d'une seule pièce consistant essentiellement en plusieurs collets 20, 21, et 22 espacés 30 axialement l'un de l'autre et séparés chacun par une partie étranglée cassable 23 et 24. Le collet le plus à l'intérieur 20 (par rapport au boulon 13) est adapté pour se juxtaposer à la surface adjacente d'une des pièces, par exemple la pièce 10, de façon à travailler en opposition avec la tête du boulon 19 par laquelle les pièces 35 10 et 11 sont fixées. C'est ce colley le plus à l'intérieur,20 qui constitue l'écrou proprement dit, étant l'élément permanent agissant en coopération avec le boulon 18 comme cela va devenir plus apparent. Les collets intermédiaire c-t le plus à l'extérieur respectivement, 21 et 22 sont définis sur leur pourtour par des surfaces 40 plates 25, de préférence de forme hèxagonale pour constituer un 69 03797 6 2002080 moyen d'attaque pour clef au moyen duquel 1'écrou 18 est serré sur le boulon 13. La tête du boulon 19 et le collier le plus à l'intérieur 20 sont ainsi serrés l'un sur l'autre afin d'exercer une pression de serrage sur les pièces 10 et 11 et pour établir une tension 5 dans la tige du boulon 14. La profondeur du collet cassable 23 positionné entre le collet le plus à l'intérieur 20 et le collet intermédiaire 21 est plus creuse d'une valeur prédéterminée que l'étranglement semblable 24 qui se trouve entre le collet intermédiaire 21 et le collet le plus à l'extérieur 22f de ce fait les forces de 10 couple appliquées à 1'écrou 18 par l'intermédiaire du collet le plus à l'extérieur 22 ont pour effet de casser d'abord le dernier étranglement 24. Le degré de force de rupture ost variable comme*, le. • déterminant - la nature de l'installation du moyen de fixation et les conditions requises p?.c la construction. 15 Sous la forme de l'invention représentée à la figure 1 une bride ou bague 26 faisant saillie latéralement est associée avec le collet le plus à l'extérieur 22 pour constituer une obstruction et empêcher l'outil au moyen duquel on appliqua le couple ou la clef de déplacer le collet le plus extérieur 22 vers le collet intermé-20 diaire 21. Cette bride 26 peut être formée d'une seule pièce sur le collet le plus extérieur 22 ou constituer simplement une pièce fixée équivalente en tous points et servant au même but qu'une rondelle de blocage. Sous la forme de l'invention représentée sur la figure 2 le 25 même effet est accompli sans le secours de cette bride 26 en disposant simplement le collet extérieur 22 décalé angulairement par " n rapport au collet intermédiaire 21." Ainsi, une clef coopérant avec les surfaces hexagonales 25 pratiquées sur le collet extérieur 22 ne peut pas en même temps engager les surfaces similaires 25 du collet 30 intermédiaire . De même, un serrage successif des collets à partir de celui qui est le plus à l'extérieur et vers l'intérieur peut être effectué en réalisant dessus des dimensions transversales progressivement plus grandes (figure 3), Ceci nécessite l'utilisation d'un outil ou d'une clef différents pour serrer chaque collet 21 et 22 35 comme ce serait également le cas si l'on utilisait des colliers, ayant des formes différentes définies par exemple par le nombre de surfaces 25 ménagées dessus. De toute façon, c'est-à-dire, avec les formes de collet ci-dessus ou leur équivalent, les forces de couple ne sont appliquées;uni-40 quement sur le collet extérieur 22 jusqu'à ce qu'il casse ç^une 69 03797 7 2002080 fois qu'il a réalisé l'introduction complète et la mise en place préliminaire du boulon 13 dans son ouverture 12. Ainsi, une liaison des pièces 10 et 11 est réalisée constituant le second stade du montage comme on l'a représenté au centre de la figure 1. Dans ce cas, 5 les forces appliquées prédéterminées ont placé le boulon 13 sous une tension prédéterminée suivant laquelle les pièces 10 et 11 sont fixées de façon serrée. Ultérieurement, le joint réalisé par le moyen de fixation sur les pièces reliées 10 et 11 se relâchera, c'est à dire que la ten— 10 sion appliquée sur le boulon 13 se relâche quand les pièces 10 et 11 tendent à se comprimer . davantage ce qui a pour effet de relâcher leur liaison. Le temps nécessaire au joint pour se relâcher varie selon les matières et les dimensions en cause, c'est à dire, la matière et les dimensions relatives des pièces 10 et 11, dû boulon 13 15 1'écrou 18 et du produit hermétique 15. Une fois que ce relâchement s'est produit, on applique un couple supplémentaire à 1'écrou 18 au moyen du collet intermédiaire 21 jusqu'à une valeur prédéter- 23 minée où l'étranglement cassable/se rompt et la tension voulue est réalisée dans le boulon 18 ce qui a pour résultat de créer une pres-20 sion de serrage davantage permanente sur les pièces 10 et 11. On voit ainsi qu'après que l'on a effectué- un serrage du boulon 13 et une application de la force de serrage voulue entre les pièces assemblées 10 et 11 un relâchement se produit et la liaison se desserre. Ce desserrage est facilement rattrapé par l'application 25 de forces de couple supplémentaires sur 1'écrou 18 par l'intermédiaire du second collet de rupture de couple 21 et on effectue ainsi une liaison du serrage voulu. Ainsi, on réalise une résistance statique ou à la fatigue améliorée de l'assemblage. Bien que l'on n'ait représenté que deux collets de rupture de 30 couple 21 et 22, à titre d'exemple, il doit être entendu qu'on peut en utiliser un nombre quelconque dans le but de réaliser un assemblage d'un serrage et d'une rigidité ultime que l'on ait ou non utilisé un produit hermétique. De même, la façon dont 1'écrou 18 est fabriqué est sans rapport avec la présente invention. Toute 35 méthode de fabrication connue ou classique peut être employée. Ainsi, il peut être réalisé par opération d'usinage, moulage ou autrement^ de quelque manière que l'on désire. Il doit être entendu que les modes de réalisation particuliers de l'invention ci-dessus décrite et représentée ont été choisis dans 4o un but de clarté et pour faciliter l'explication de 4-{invention. Ils ne doivent pas être interprétés* tromme des limites de l'invention. 69 03797 8 2002080 REVENDICATIONS 1. Un écrou fileté intérieurement comportant une extrémité formant appui et comportant au rrtoins deux collets de rupture de couple s'étendant coaxialement depuis son extrémité, opposée à ladite extrémité appui, chaque collet comportant sur lui un moyen d'attaque 5 pour clef, et chaque collet étant séparé axialement du collet suivant et dudit écrou par un étranglement de cisaillement, chacun desdits collets et desdits étranglements de cisaillement étant traversé par une ouverture coaxiale à l'alésage fileté intérieurement dudit écrou, chaque étranglement successif dans la direction s'é- 10 loignant dudit écrou ayant une coupe transversale effective de dimension prédéterminée inférieure à celle de l'étranglement suivant en direction dudit écrou, la matière de tous les étranglements de cisaillement étant le même/ ce qui fait que ledit écrou peut être serré à plusieurs valeurs de couples prédéterminées. 15 2. Un écrou selon la revendication 1, dans lequel ledit moyen d'attaque pour clef consiste en plusieurs surfaces périphériques disposées tangentiellement. 3. Un écrou selon la revendication 2, dans lequel lesdites surfaces de chaque saillie adjacente sont décalées angulairement par 20 rapport à la suivante. 4. Un écrou selon les revendications 1, 2 ou 3, comprenant une séparation entre chaque collet successif pour empêcher qu'une clef une fois appliquée au collet le plus à l'extérieur entre en même temps en contact avec le collet intérieur immédiatement adjacent. 25 5. Un écrou selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, dans lequel chaque dit collet successif s'écartant extérieurement de l'écrou a une plus petite dimension transversale. 6. Un écrou selon n'importe laquelle des revendications précédentes, dans lequel ledit moyen d'attaque pour clef de chaque dit 30 collet diffère du collet immédiatement suivant.