Brevet FR2390619A1 — publié le 19781208

La présente invention, due à la collaboration de Monsieur André BARTHELEMY, ccncerne dispositif de serrage du type comprenant unélement B*é extérieurement etpwTre à coopérer par vissage avec un elément taraudé, ces éléments étant adaptés à assurer par serrage la solidarisation entre un support comportant l'un desdits éléments et une pièce interposée entre ce support et l'autre liement, celui-ci comportant une tête propre à être soumise à un couple de- serrage par l'intermédiaire d'lm outil, ce dispositif étant outre associé à des moyens élastiques propres à s'intercaler entre ledit support et ladite tête par l'intermédiaire de ladite pièce. I1 va de soi que ledit élément fileté extérieurement peut être constitué par une vis classique, par exemple à tête hexagonale, auquel cas l'autre des éléments précités sera constitué par un taraudage à pas et diamètre correspondants, ménagé dans ledit support. A l'inverse, 1'élément-fileté extérieurement pourrait être constitué d'un goujon fixé sur ledit support, auquel cas l'autre élément sera constitué par un écrou, par exemple aussi à tête hexagonale. Pour la commodité de certaines des explications qui vont suivre, on considérera dans certains passages une seule de ces combinaisons, par exemple la première citée, les considérations correspondantes étant tout aussi valables pour l'autre. L'invention concerne d'une façon très générale tous les dispositifs de serrage par vissage du type décrit plus haut, mais, sans bien entendu que ceci soit-limitatif, elle concerne plus spécialement les dispositifs de serrage conçus pour garantir la stabilité d'assemblages soumis à des régimes vibratoires anarchiques et k des contraintes irrégulières telles que celles, par exemple, auxquelles peuvent être soumises les roues des véhicules automobiles.En particulier, on conçoit que dans ce cas les exigences de sécurité soient sévères et que, malgré les conditions d'utilisation très dures dues k ces vibrations, aggravées par les différences de température importantes et brutales auxquelles peuvent être soumises les roues, et par l'effet des forces centrifuges et autres facteurs, le dispositif devra être apte à garantir un serrage constant de la pièce sus-mentionnée sur son support, à savoir du voile de la roue sur le moyeu En outre, la Kalisation des dispositifs-de serrage pose d'autres problèmes dans le cas où la pièce à fixer en question est en métal relativement mou, à faible élasticité, comme c'est souvent le cas maintenant, précisément, des alliages légers utilisés pour les roues de véhicules automobiles à hautes performances ou tout au moins à vocation sportive. En effet, il est particulièrement difficile de maintenir ou de faire respecter sur les assemblages du genre en question les couples de serrage imposés, étant donné que le tassement du métal sous charge conduit à la nécessité de serages réitérés, ce qui peut inciter les utilisateurs à poursuivre leur action de serrage jusqu'à surcharger la vis en traction, la sensation de blocage étant difficilement perceptible sur métaux tendres. Ce- risque de surcharge est d'ailleurs augmenté du fait que le coefficient de frottement sur alliages légers ou sur métal recouvert d'un revêtement de protection (cadmiage etc) est assez faible ; dans ce cas, l'utilisateur, tout en exerçant un couple de serrage reZtivement Sdble sur la tête de vis, pourra facilement soumettre cette vis à des efforts de traction excessifs, pouvant aller jusqu'a la rupture. En tout cas, il est essentiel, dans la pratique, et notamment dans le cas ci-dessus évoqué du serrage des roues de véhicules automobiles, que certaines conditions soient remplies, avec les vis ou goujons habituellement utilisés. En se plaçant par exemple dans le cas d'une vis présentant les caractéristiques suivantes diamètre du corps fileté de la vis : 12 mm ; pas du filetage : 1,25 mm longueur du corps de la vis : 46 mm matière : acier 25 CD 4 pour classe 10/9 (normes AFNOR) on devra remplir notamment les conditions suivantes 1 ) Susciter un effort axial de l'ordre de 2000 daN pour un -couple normal développé de 7 à 9 daN.m (effort habituel moyen) ; 2") Assurer une déformation élastique intermédiaire d'environ 0,4 mm sous l'effort axial précité 3ç) Eviter tout risque d'allongement permanent pour tout couple inférieur à environ 30 daN.m (couple maximum pouvant être atteint avec les outils dont disposent les usagers). Le but de la présente invention est de résoudre tous ces problèmes, et l'on y parvient d'une façon générale avec un dispositif de serrage' du type mentionné au début, caractérisé essentiellement en ce que -lesdits moyens élastiques sont agencés pour présenter une raideur moyenne pendant une première phase de serrage, et une raideur nettement supérieure à partir du début d'une phase-finale de serrage, pour laquelle ils présentent encore une réser-ve d'élasticité. Ainsi, on conçoit que ladite première phase de serrage sera effectuée moyennant un couple, exercé sur la tête par l'intermédiaire dut outil (culé, vilebrequin, etc.), assez faible, et qui augmentera très nettement dés le début de la phase finale de serrage, donnant ainsi l'impression à l'utilisateur qu'il est parvenu au blocage de la vis, ce qui sera effectivement le cas, la raideur- desdits moyens élastiques.étant étant-calculée en conséquence, mais ceci sans que la vis (ou le goujon) ne subisse d'efforts de traction excessifs. Dans un mode de réalisation pratique de l'invention, un tel dispositif de serrage pourra encore être caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques-comprennent au moins une rondelle conique, du genre Belleville ou analogue; et en ce que la face d'appuijcirculaire, de ladite tête est conformée de telle manière que, pendant ladite première phase de serrage, la rondelle soit en flexion entre son bord périphérique en appui sur ladite pièce et le bord de son ouverture en appui sur la partie centrale de ladite face et que, à partir du début de ladite phase finale de serrage, elle soit en flexion entre son bord périphérique en appui sur ladite pièce et une partie voisine dudit bord périphérique, située de l'autre côté de la rondelle, en appui sur la partie pélphérique de ladite face. On obtiendra ainsi commodément des moyens élastiques aptes d présenter successivement deux raideurs nettement différentes, mais ceci sera plus facile à constater k -la lecture des exemples de réalisation décrits dans la suite. L'invention peut encore être caractériBe ence que ladite face d'appui de la tête est conformée, en outre, de telle manière que ladite première phase de serrage soit séparée du début de ladite phase finale de serrage par une phase intermédiaire lors de laquelle l'essentiel de ladite face d'appui est en contact frottant avec la face en regard de la rondelle ; là aussi, on verra l'intérêt de cette disposition par la suite. L'invention peut être mise en oeuvre de bien des manières. On pourra en particulier prévoir avantageusement que, ladite rondelle conique étant disposée de sorte que sa concavité soit dirigée vers ladite pièce à serrer, ladite face d'appui de la tête présente une conicité dirigée dans le même sens, mais d'inclinaison inférieure à celle de la rondelle, considérée dans son état initial. Dans ce cas, il s'est avéré particulièrement opportun de-prévoir-que la pente de la partie annulaire de ladite rondelle conique par rapport au plan de sa base est d'environ 8 à 12 %, et la pente de ladite face d'appui de la tête d'environ 2 Z, il s1 agit là, bien entendu, de valeurs données surtout à titre indicatif, qui ne sauraient limiter l'invention, mais qui se sont révélées parmi les plus avantageuses. Dans un autre mode d'exécution, qui est en quelque sorte l'inverse du précédent, un dispositif de serrage conforme k l'invention pourrait encore être caractérisé en ce que, ladite rondelle conique étant disposée de sorte que sa concavité soit dirigée vers la face d'appui de la tête, cette face d'appui présente une conicité dirigée dans le même sens, mais d'inclinaison supérieure à celle de la rondelle, considérée dans son état initial, et en ce que ladite pièce k serrer comporte, autour de l'entrée de 11 orifice prévu pour le passage de l'élément fileté extérieurement, un lamage k conicité dirigée dans le même sens que les précédentei à inclinaison supérieure à celle de ladite face d'appui- de la tête. Dans ce cas, le dispositif pourrait en outre être caractérisé en ce que la pente de la partie annulaire de ladite rondelle étant nulle ou pratiquement nulle, la pente de ladite face d'appui de la tête par rapport au plan de la rondelle est d'environ 6 k1O%, et -la pente dudit lamage est d'environ 8 à 12%, la différence entre ces deux pentes étant de préférence de l'ordre de 2T. Selon encore un autre mode d'exécution, un dispositif de serrage conforme à l'invention pourrait aussi être caractérisé en ce que, ladite rondelle conique étant disposée de sorte que sa concavité soit dirigée vers ladite-pièce à serrer, ladite face d'appui de la tête comporte une dépression annulaire dans sa partie centrale. On conçoit que cette dépression annulaire pourra jouer sensiblement le même rôle, en tant qu'appui pour la rondelle, que celui d'une face d'appui de la tête qui seraità conicité dirigée vers la pièce à serrer. Ce mode d'exécution semble a priori très intéressant par sa simplicité, car il est certainement plus facile et moins coûteux d'effectuer une telle dépression sur la face d'appui droite d'une tête de vis, que d'élaborer cette face d'appui sous forme conique. Quel que soit le mode de réalisation envisagé, d'ailleurs, on prévoit avantageusement que le diamètre de ladite rondelle conique est égal ou légèrement supérieur à celui de ladite face d'appui de la tête. Là encore, 11 intérêt d'une telle disposition sera mieux vu à la lecture des exemples de réalisation qui suivront. Lorsque lesdits moyens élastiques sont constitués par une seule rondelle du genre Belleville (car- il est bien entendu que Iton pourrait utiliser un empilement de rondelles agencées de sorte que leur ensemble présente les- mêmes fonctions), il convient que cette rondelle présente, notamment dans ce quton a appelé plus haut la phase finale de serrage, une raideur suffisante. On s'est aperçu que, pour ce faire, il convenait que la rondelle conique ait une épaisseur nettement supérieure à celle d'une rondelle Belleville ordinaire ayant le même diamètre, de préférence de deux à trois fois - supérieure pour la même qualité d1acier. Un dispositif de serrage conforme à l'invention pourra encore être caractérisé en ce qu'-il comporte en outre des moyens de liaison propres à associer de façon pratiquement indémontable lesdits moyens élastiques à l'un desdits éléments. Cette disposition empêchera llutilisateur de démonter la rondelle et de remonter sur la vis une rondelle non appropriée, ou de remonter la rondelle appropriée à- l'envers. Dans un mode d'exêcutin pratique, on pourra prévoir à cet effet que ladite rondelle est montée à demeure sur la vis, et y est maintenue par un élément d'arrêt, de préférence sous la forme d'un jonc torique élastique engagé à force sur ladite vis. Ce jonc torique pourra stengager dans un logement de. forme correspondante, prévu sur la pièce à serrer. Des modes d'exécution de l'invention sont décrits cidessous à titre d'exemple nullement limitatifs, avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente un premier mode d exécution, en coupe axiale, dans lequel l'élément- fileté extérieurement est une vis,-destinée par exemple à fixer un voile de roue de véhicule automobile sur le flasque de roue - la figure 2 représente en coupe axiale la rondelle conique, à son état initial, de la figure 1 ; - les figures 3 et 4 montrent le détail des bords extérieurs et inférieurs de la rondelle ; et - la figure 5 montre en coupe axiale une variante de réalisation d'un dispositif de serrage conforme à l'invention. A la figure 1, on a référencé en 1 l'un des éléments du dispositif de serrage1 constitué d'une vis à corps 2 fileté, ayant une tête de serrage à six pans classique 3. Les dimensions et qualité d'acier de cette vis peuvent être celles qui ont été définies plus haut à titre indicatif. L'autre élément, à taraudage de pas et de diamètre correspondants, n'a pas été dessiné sur la figure. Il peut s'agir par exemple d'un flasque de roue de véhicule automobile, en acier, la vis 1 étant destinée à assurer la fixation sur ce flasque d'un voile de roue 4 par exemple en métal léger tel que l'aluminium, ou en acier cadmié. Conformément à ltinvention, la vis i porte des moyens élastiques propres à s'interposer entre le voile de roue 4 et une face d'appui 5 d'une embase circulaire 6 de la tête 3.-Ces moyens sont ici constitués d'une rondelle conique 7, du genre Belleville, en acier trempé, dont le diamètre extérieur peut être- pratiquement égal à celui de l'embase 6, mais peut aussi lui être très lég- rement supérieur. La concavitéde cette rondelle est dirigée vers la pièce å serrer 4 (voile de roue), à savoir vers le bas. La pente de sa partie annulaire est de 8 à 12% (voir figure 2) ; en outre, cette rondelle aura de préférence une épaisseur nettement supérieure à celle d'une rondelle Belleville de même diamètre et de dimensions usuelles, à savoir, à titre indicatif, une épaisseur e d'environ 3 mm pour un diamètre D d'environ 29 mm. Enfin, il est k noter qu'on soumettra avantageusement le bord périphérique extérieur de la rondelle 7, pour éviter le matage du métal de la pièce 4, et pour augmenter les surfaces de frottement, à un mouchage, soit par effet d'abattement d'angle (figure 3) soit par une finition rayonnée (figure 4 > . Conformément à une caractéristique essentielle de ce mode de réalisation de la figure 1, en outre, la face d'appui 5 de Embase circulaire 6 de la tête 3 de la vis est légèrement conique, à concavité dirigée également vers la pièce à serrer 4, mais à inclinaison plus faible, de lLordre de 2X (figure 2). Enfin, on a prévu des moyens de liaison entre la rondelle 7 et la vis 1, constitués avantageusement d'un jonc torique élastique 8, de préférence en métal, engagé à force sur le corps fileté 2, et empêchant l'utilisateur de substituer à la rondelle d'origine une rondelle inadéquate, ou de monter à l'envers la rondelle d'origine. Dans ce cas, la pièce 4 comporte, autour de l'entrée du passage 9 dans lequel est engagé les corps fileté 2, un logement annulaire-10 propre à recevoir le jonc 8 lors-du serrage. Ce logement est par ailleurs entouré d'un lamage de moindre profondeur~11, dont refond sert de base d'appui pour la rondelle 7. Sur le dessin, pour la commodité des explications à suivre, on a représenté une rondelle conique 7.de diamètre sensiblement supérieur à celui de l'embase 6, mais il est à noter que ce diamètre de la rondelle peut ne lui être que très peu supérieur, ou même être pratiquement égal à celui dudit diamètre de l'embase. Ceci étant, un tel dispositif de serrage fonctionnera de la façon suivante, schématiquement 8 car les phénomènes qui se produisent lors du serrage d'une vis font intervenir un grand nombre de paramètres parfois difficiles à saisir, et sont en général fort complexes Lors de ce qu'on a appelé plus haut la première phase de serrage, l'utilisateur, à partir du momentoù la face d'appui 5 vient au contact, par sa partie centrale, de la partie centrale de-la rondelle (à proximité'du bord de son ouverture), doit exercer sur la tête 3 de la vis un certain couple, à l'aide d'une clé ou autre, puisque le vissage ne peut alors se poursuivre que moyennant une déformation élastique de la rondelle 7. Toutefois, ce couple est de valeur relativement peu élevée au début, car la rondelle est en flexion entre des surfaces relativement éloignées, à savoir entre la surface- de contact 12 de son bord périphérique inférieur avec la surface 11, et la surface de contact 13 du bord supérieur de son ouverture avec la face d'appui 5 (voir la partie gauche de la figure 1 qui représente le début de cette première phase de serrage). Cette première phase de serrage se terminera au début de ce qu'on a appelé plus haut une phase intermédiaire (en fait pratiquement ponctuelle), pour laquelle la surface supérieure de la rondelle 7 sera en contact frottant, pratiquement suivant toute la surface de sa partie annulaire, avec la face d'appui 5 de la tête de vis. Cet état est représenté sur la partie droite de la figure 1. A ce moment, il est à remarquer que la rondelle 7, quoique notablement déformée par rapport d son état initial, est encore conique, du fait que ladite face d'appui 5 a été prévue conique (pente d'environ 2%). Par conséquent, la rondelle conserve une réserve d'élasticité. Par un choix adéquat de l'épaisseur de la rondelle, de sa matière, de son diamètre, en fonction des paramètres propres à la vis, on s'est assuré que cet état de fonctionnement soit atteint précisément lorsque les conditions souhaitées de serrage sont elles-mêmes atteintes, notamment lorsque le corps 2 de la vis est soumis à un effort de traction adéquat, par exemple de l'ordre de 200 daN (bien inférieur au seuil d'amorce des allongements permanents pour les dimension-s et matière de vis spécifiées à titre indicatif plus haut), pour un couple de l'ordre de 10 daN.m. A partir de cet état de la rondelle 7 et des différents éléments du dispositif de serrage, le serrage peut théoriquement se poursuivre pour entrer dans ce qu'on a appelé plus haut la phase finale de serrage. Cependant, si l'utilisateur tente de continuer à serrer lavis, le couple qu'il devra exercer sur la tête 3 deviendra subitement beaucoup plus important et, en fait, il ne pourra-pratiquement pas, avec les moyens usuels dont il dispose, faire entrer le dispositif dans cette phase finale, lors de laquelle la partie centrale de la surface supérieure de la rondelle 7 commencerait à se décoller de la face d'appui 5.En effet, une déformation supplémentaire de la rondelle 7 nécessiterait un couple nettement accru, du fait qu'elle se trouve alors en flexion entre son bord périphérique inférieur 14 en appui sur la la surface li, et une partie 15 voisine dudit bord périphérique, située de l'autre côté, en appui sur la partie périphérique de la face 5, c'est-à-dire selon un "bras de levier" extremement court ou même pratiquement nul (cas où la rondelle a pratiquement le même diamtère que celui de l'embase). L'utilisateur ressentira très nettement cette résistance accrue opposée à ses efforts de serrage, et il se trouvera alors dans l'incapacité matérielle, avec des outils courants, d'atteindre un couple de quelques 30 daN.m, au-deld duquel la vis pourrait être soumise à un effort axial de traction excessif, pouvant lui donner une déformation permanente. Le serrage de la vis est donc extrêmement sûr. I1 n'y a pas lieu de stétendre longuement sur l'autre mode de réalisation évoqué au début, pour lequel la conicité de la face d'appui 5 serait dirigée dans le sens inverse (concavite vers le haut de la figure 1-). On constate simplemènt, dans ce cas, que la rondelle 7 pourrait être platé, --mais qu'alors la surface 11 devrait aussi être conique, concavité dirigée vers le haut, et à pente supérieure à.. celle de- la face 5 (des valeurs possibles des pentes correspondantes ont été donnéesplus haut). Le fonctionnement du dispositif de serrage serait alors essentiellement le même. Ala figure 5, on a toutefois représenté, parce qu'il peut être intéressant à cause de sa simplicité de mise en oeuvre, un autre mode d'exécution de la face d'appui 5de l'embase 6 de la tête de vis. Au lieu de lui conférer une forme conique (par exemple par matriçage), ilpeut en effet être plus commode d'y élaborer une dépression annulaire centrale 16. On forme ainsi sur le pourtour de la- face d'appui 5 une sortie de talon annulaire 15 jouant le même rôle quelea surface de contact 15 de l'exemple de réalisation de la figure 1. Le fonctionnement du dispositif de serrage-sera alors pratiquement le même. Pour qu'il soit permis de s'en rendre mieux comptez on a utilisé svr les figures 1 et 5 les mêmes références pour désigner des parties équivalentes et, là aussi, la partie gauche de la figure représente la vis en début de première phase de serrage, et la partie droite en début de phase finale de serrage. Comme il va de soi, et comme=il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'applications et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de serrage du type comprenant un élément fileté extérieurement et propre à coopérer par vissage avec un élément taraudé, ces éléments étant adaptés à assurer par serrage la solidarisation entre un support comportant l'un desdits éléments et une pièce interposée entre ce support -et l'autre élément, celui-ci comportant une tête propre à être soumise à un couple de serrage par l'intermédiaire d'un outil, ce dispositif étant en outre associé à des moyens élastiques propres à s'intercaler entre ledit support et ladite tête par l'intermddiaire de ladite pièce, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques sont agencés pour présenter une raideur moyenne pendant une première phase de serrage, et une raideur nettement supérieure à partir du début d'une phase finale de serrage, pour laquelle ils présentent encore une réserve -d'élasticité. 2. Dispositif de serrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques comprennent au moins une rondelle conique, du genre Belleville ou analogue, et en ce que la face d'appui,clrculaire, de ladite tête est conformée de telle manière que, pendant ladite première phase de serrage, la rondelle soit en flexion entre son bord périphérique en appui sur ladite pièce et le bord de son ouverture en appui sur la partie centrale de ladite face et que, à partir du début de ladite phase finale de serrage, elle soit èn flexion entre son bord périphérique en appui sur ladite pièce et une partie voisine dudît bord périphérique, située de l'autre côté de la rondelle, en appui sur la partie périphérique de ladite face. 3. Dispositif de serrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite face d'appui de la tête est conformée, en outre, de telle manière que ladite première phase de serrage soit séparée du début de ladite phase finale de serrage par une phase intermédiaire lors de laquelle l'essentiel de ladite face d'appui est en contact frottant avec la face en regard-de la rondelle. 4. -Dispositif de serrage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que, ladite rondelle conique étant disposée de sorte que sa concavité soit dirigée vers ladite pièce à serrer, ladite face d'appui de la tête présente une conicité dirigée dans le même sens, mais d'inclinaison inférieure à celle de la rondelle, considérée dans son état initial. 5. Dispositif de serrage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pente de la partie annulaire de ladite 'rondelle conique par rapport au plan de sa base est d'environ 8 à 12%, eut la pente de ladite face d'appui de la tête d'environ 2%. 6. Dispositif de serrage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que, ladite rondelle conique- étant disposée de sorte que sa concavité soit dirigée vers la face d'appui de la tête, cette face d'appui présente une conicité dirigée dans le même sens, mais d'inclinaison supérieure à celle de la rondelle, considérée dans son état initial et en ce que ladite pièce à serrer comporte, autour de l'entrée'de i'orifice prévu pour le passage de l'élément fileté extérieurement-, un lamage à conicité dirigée dans le même sens--que les précédentes, à inclinaison supérieure à celle de ladite face d'appui de tête. 7. Dispositif de serrage selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pente de la partie annulaire de ladite rondelle étant nulle ou pratiquement nulle, la pentode ladite face d'appui de la tête par rapport au plain de la rondelle est d'environ 6 àlOS, et la pente dudit lamage est d'environ 8 à 12%, la différence entre ces deux pentes étant de préférence de l'ordre de 2%. 8. Dispositif devserrage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que, ladite rondelle conique étant disposée de sorte que sa concavité soit dirigée vers ladite pièce å serrer, ladite face d'appui de la tête comporte une dépression annulaire dans sa partie centrale. 9. Dispositif selon'- l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le diamètre de ladite rondelle-conique est égal ou légèrement supérieur à celui de ladite face d'appui de la tête. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que, pour un même diamètre, ladite rondelle conique a une épaisseur nettement supérieure à celle d'une rondelle Bellevillé ordinaire, de préférence de deux à trois fois supérieure- pour la même aualité d'acier. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qutil comporte en outre des moyens de liaison propres à associer de façon pratiquement indémontable lesdits moyens élastiques à l'un desdits éléments. 12. Dispositif selon les revendications 2 et 11, dans lequel l'élément fileté extérieurement est une vis, caractérisé en ce que-ladite rondelle est montée à demeure sur la vis, et y est maintenue par un élément d'arrêt, de préférence sous la forme d'un jonc torique élastique engagé à force sur ladite vis.