Brevet FR2027827A1 — publié le 19701002

les liaisons boulon-écrou pour l'assemblage d'éléments de machine doivent, comme on le sait, posséder une certaine élasticité pour qu'il soit possible d'adapter à peu près comme on le voudrait la pression de serrage et la maintenir.Afin d'obtenir ce résultat, 5 il est connu de placer des rondelles élastiques sous les écrous, mais de telles rondelles élastiques n'ont en général pour fonction que de bloquer les écrous pour les empêcher de se dévisser et elles ne participent pas notablement à l'élasticité de l'assemblage. Dans les assemblages où les forces de serrage doivent être importantes et où 10 il peut se produire des mouvements relativement importants et non prévisibles, par exemple par suite d'une déformation non uniforme ou d'une dilatation de pièces mécaniques assemblées ou du fait qu'un joint situé entre ces pièces cède, la solution la plus commune consiste à utiliser des boulons allongés à diamètre réduit en tirant 15 parti de l'élasticité de la tige du boulon. Dans de nombreuses constructions il est cependant difficile ou impossible d'avoir assez de place pour des boulons suffisamment longs pour que leur élasticité puisse réellement servir. Dans de tels cas, il est connu d'utiliser des rondelles Belleville placées sous forme d'une série de rondelles dont 20 les courbures sont opposées. Toutefois, il est aussi difficile de trouver la place pour un tel arrangement difficile à dimensionner pour que l'on obtienne la caractéristique élastique souhaitée. Selon la présente invention, il est possible d'obtenir un ensemble boulon-écrou pour l'assemblage d'éléments, de machine sans_ 25 que l'on ait les inconvénients cités du fait que, dans l'assemblage, est introduit un élément chargé par la pression de serrage et composé de métal fritté à porosité notablement plus grande et module drélasticité notablement plus faible qu'un matériau compact de même composition. En d'autres termes, la présente invention repose sur la 30 constatation du fait que des métaux frittés peuvent être fabriqués avec des propriétés qui les rendent propres à former l'élément élastique principal dans des ensembles boulon-écrou du genre en question. Par métal fritté, on entend un objet métallique obtenu en 35 plaçant et en comprimant dans une matrice une poudre composée de fines particules métalliques, la forme de la matrice correspondant à celle de l'objet souhaité, après quoi le corps ainsi formé est frit- 70 00271 2027827 té à une température suffisamment élevée. Par un choix convenable de la courbe de répartition granulaire et de la forme des grains ainsi que de la pression de moulage et des conditions de frittage il est possible de fabriquer des corps frittés aux propriétés de résistance 5 remarquables mais présentant une structure à porosité élevée ainsi qu' un module d'élasticité bien défini pouvant pratiquement être défini à volonté et notablement plus faible que le module d'élasticité d'un corps métallique compact de même composition. Ceci est dû au fait qu'un métal fritté poreux présente une structure spatiale réticulaire 10 dans laquelle les grains ou particules sont liés entre eux aux points de contact si bien que les propriétés élastiques du corps, en plus de l'élasticité propre des grains eux-mêmes, proviennent essentiellement de la déformation élastique de la structure réticulaire. ]ja mise en place d'un corps métallique fritté à dimensions èt module-15 d'élasticité convenables permet donc, selon l'invention, d'obtenir le degré d'élasticité voulu dans la liaison, de manière particulièrement simple, sûre et économique. L'élasticité de l'élément en métal fritté, la forme et l'extension dans le. sens de la force lors du serrage d'éléments de machi-20 ne à joint élastique intermédiaire peuvent, selon l'invention, être choisies de manière telle que la pression de serrage n'est modifiée que de façon négligeable lorsque le joint se déforme et/ou lorsqu'il y a déformation des éléments de machine sous l'action des forces qui agissent sur ces éléments ou bien sous l'action de la température. 25 Ceci est surtout valable pour le serrage de culasses ou de têtes de cylindres dans des moteurs à combustion modernes à pression de travail et températures élevées. La présente invention concerne aussi des éléments à utiliser dans des ensembles boulon-écrou du genre/én question, lesquels éléments 30 sont caractérisés en ce qu'ils sont composés d'un métal fritté présentant une porosité notablement plus élevée et un module d'élasticité plus faible qu'un matériau compact de même composition, et en ce qu'ils présentent la forme d'un manchon ou d'une épaisse rondelle de support. Un tel élément peut, par exemple, être fabriqué séparément 35 et sans plus être mis en place dans un assemblage boulon-écrou comme élément intermédiaire entre l'écrou ou la tête de boulon et l'élément de machine à serrer. De tels manchons ou rondelles de support peuvent 70 00271 2027827 être fabriqués séparément en série, avec des dimensions variables et/ou des élasticités variables pour le métal fritté, si bien que, pour une construction donnée, on peut choisir les types les plus appropriés. 5 L'élément élastique peut présenter la forme d'une trompe, ou un peu la forme d'un sablier, ce qui permet d'obtenir que l'élasti-. cité, mise à part la compression élastique propre du métal fritté, fera aussi intervenir la flexion élastique du métal comme on le verra ci-après. 10 Selon l'invention, des éléments en métal fritté du genre en question peuvent former une partie d'un écrou, par exemple une partie du filetage de cet écrou qui sera alors autobloquant, ou bien une jupe non filetée, ce qui permet de s'assurer que l'élément fritté ne soit pas laissé de côté par erreur, ou soit mal choisi lors de l'établis-15 sement de l'assemblage. Les.éléments en métal fritté selon l'invention peuvent être fabriqués avec tous les matériaux convenables. Pour la plupart des utilisations, les métaux frittés seront fabriqués à partir de poudre d'acier, ou de fer, "éventuellement avec des alliages ou des 20 produits en poudre augmentant le taux de carbone. La porosité et par conséquent l'élasticité sont comme on l'a dit définies par un choix convenable de la courbe de -répartition granulaire du métal en poudre et un choix convenable de la forme des grains, et peuvent être modifiées par variation de la pression de moulage, et les conditions de frittage, 25 de manière telle que les corps frittés obtenus peuvent, selon leur structure, être produits avec un module d'élasticité variant depuis des valeurs relativement élevées, proches des valeurs admises pour un matériau compact de même composition, jusqu'à des valeurs très basses, aux environs de 200 kg/mm , correspondant à une densité qui n'est que 30 30 % environ de la densité du matériau compact. L'invention sera de toutes façons mieux comprise à l'aide du complément de description ci-après, en regard du dessin annexé montrant, à titre d'exemple non limitatif, des formes de réalisation du dispositif selon l'invention. •35 -La figure 1 montre en coupe un ensemble'boulon-écrou pour l'assemblage de deux éléments de machine avec un joint intermédiaire. 70 00271 4 2027827 - La figure 2 montre, à échelle plus grande, une coupe partielle à travers un écrou composé de métal fritté. - La figure 3 montre en coupe partielle une forme de réalisation d'un élément en métal fritté selon l'invention. 5 4 La figure 4 représente une partie d'un boulon avec un écrou auto-bloquant selon l'invention. Les deux éléments de machine représentés schématiquement à la figure 1 peuvent être le bloc 1 d'un moteur à combustion, et la partie correspondante 2 de la culasse du moteur. La culasse 10 est serrée sur le bloc avec interposition d'un joint élastique 3 et à l'aide d'un certain nombre de boulons dont un seul est représenté en 4. De la manière habituelle, les boulons 4 sont vissés dans des trous taraudés dans la face supérieure du bloc et passent à travers des ouvertures 7 dans la culasse afin de permettre la mise en place 15 de boulons 5 que l'on serre contre la face supérieure de la culasse en interposant une rondelle de support 6. Dans l'exemple représenté à la figure 1, la rondelle 6 est une rondelle épaisse ou un manchon court composé de métal fritté présentant un module d'élasticité tel que, lors du serrage de l'écrou 5 à la pression de serrage normale 20 pour la construction, il y ait une compression élastique suffisante de la rondelle pour qu'il y ait compensation des- déplacements locaux propres du bloc 1 ou de la culasse 2. Ces mouvements sont dûs au £ait que le joint se déforme irrégulièrement par suite des contraintes de serrage et des réactions qui apparaissent, ainsi que des pressions et 25 températures dues au moteur, si bien que la force de serrage avec laquelle le boulon et l'écrou participent au serrage de la culasse contre le bloc se maintient à peu près constante. L'écrou spécial , figure 2, est prévu pour être utilisé dans une telle liaison. L'écrou est désigné par le repère 8 et com-30 prend le boulon lui-même 9 de forme habituelle doté d'une jupe 10 en métal fritté présentant les dimensions et les propriétés convenables pour obtenir le résultat désiré. La jupe 10 peut être fabriquée séparément, puis fixée à l'écrou 9- par brasure sur la face de contact 11, ou de toute autre 35 manière, mais il est aussi possible de former la jupe directement sur l'écrou 9 en utilisant celui-ci comme face limite dans le moule où le métal en poudre sera mis en forme et pressé avant le frittage.- 70 00271 2027827 Enfin, il eat possible de fabriquer l'écrou 9 comme un corps en métal fritté, par exemple en chargeant un moule présentant la forme générale de l'écrou, d'abord avec un métal en poudre convenant à l'obtention d'un produit à peu près compact pour ce qui concerne la partie écrou, 5 ensuite en chargeant la partie restante du moule avec un métal en poudre présentant les caractéristiques souhaitées pour le métal fritté * de la jupe, après quoi l'ensemble est comprimé et fritté. A ce propos, on remarquera qu'il est connu de fabriquer des écrous par métallurgie des poudres au lieu de procéder par usinage 10 habituel. Dans le mode de réalisation particulier montré à la figure 3, on utilise un manchon 12 en métal fritté en forme de trompe. On verra que la charge axiale d'un tel manchon, mise à part la compres.sion propre du matériau du manchon, provoquera une .déformation sous la for-15 me d'une augmentation de la flexion de la paroi du manchon, si bien que le degré souhaité d1 élasticité peut être obtenu avec une longueur axiale de manchon moindre, ou bien avec un matériau fritté plus compact, ou bien par combinaison de ces deux mesures. Un tel élément en métal fritté peut être un élément séparé ou former partie d'un écrou tel que 20 décrit. On comprendra qu'un effet semblable peut être obtenu avec un élément présentant la forme d'un sablier, ou d'une-forme semblable d'hyperboloïde. l'écrou 5 représenté à la figure 4 comprend une jupe 10 25 présentant l'élasticité nécessaire pour le serrage automatique décrit ci-dessus. La partie inférieure 13 de l'écrou est constituée de métal fritté présentant un module d'-élasticité un peu plus élevé et, par conséquent, un poids spécifique plus élevé, par exemple 75 f° de celui du matériau compact, tandis que là partie restante 14 de l'écrou est 30 composée d'un matériau plein, ou d'un métal fritté pratiquement compact, à poids spécifique aussi proche que possible de 100 Le filetage résultant de cet écrou sera alors auto-bloquant, car l'élasticité différente des parties 13 et 14 provoquera une déformation axiale différente pour les deux parties du filetage et, par conséquent, •35 un bloquage automatique de l'écrou sur le boulon par friction. 70 00271 . 6 2027827 REVENDICATIONS 1Ensemble boulon-écrou pour l'assemblage élastique d'éléments de machine, caractérisé en ce qu'il comprend un élément chargé par la pression de serrage et composé de métal fritté à porosité notablement plus grande et module d'élasticité notablement plus 5 faible qu'un matériau compact de même composition. 2.- Ensemble boulon-écrou selon la revendication 1 pour éléments de machine comportant un joint intermédiaire élastique, caractérisé en ce que l'élasticité de.l'élément en métal fritté, sa forme et son extension dans le sens de la force, sont choisies de manière 10 telle que la pression de.serrage n'est modifiée que de façon négligeable lors de la déformation normale du joint et/ou lors de la déformation des éléments de machine. 3.- Elément à utiliser dans un ensemble^boulon-écrou selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce- qu'il est composé de 15 métal fritté présentant une porosité notablement plus élevée et un module d'élasticité plus faible qu'un matériau compact de même composition et il présente la forme d'un manchon ou d'une épaisse rondelle de support. 4.- Elément selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il 20 présente la forme d'une trompe, ou un peu la forme d'un sablier. 5.- Elément selon les. revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il forme une partie d'un écrou, par exemple une partie du filetage de cet écrou et/ou une jupe non filetée.