Brevet FR2425575A1 — publié le 19791207

La présente invention concerne un dispositif permettant d'arreter le serrage de vis, de boulons et d'éléments similaires lorsqu'un effort axial minimum prédéterminé est atteint , On connaît et on utilise communément des clés dynamométriques munies d'un dispositif capable de signaler que le couple de torsion appliqué aux vis, boulons ou éléments similaires atteint une valeur prédéterminée. Plus particulièrement on utilise des clés munies d'un mécanisme taré inséré entre la mâchoire de la clé et la tige sur laquelle s'exerce l'effort de serrage afin d'empecher la transmission de l'effort lorsque celui-ci dépasse une valeur prédéterminée. Dans ces clés le tarage du mécanisme est réalisé normalement par le chargement préalable d'un ressort. Avec ces clés dynamométriques il est donc possible non seulement d'éviter le serrage excessif des vis et des bou Ions, mais aussi d'assurer un serrage réalisé avec un couple de torsion minimum prédéterminé : en effet, en serrant la vis ou le boulon jusqu'au déclenchement de la clé dynamométrique on est sur que le couple de torsion a atteint la valeur minimum désirée. Cependant le serrage réalisé au moyen des clés dynamométriques est toujours très imprécis. En effet, une fraction non évaluable du couple de torsion est absorbée par les frottements entre la tete du boulon ou de l'écrou et la surface qui lui est opposée et, par ailleurs, le tarage de la clé varie dans le temps du fait qutil dépend du préchargement dtun ressort qui ne se maintient pas constant. La présente invention a pour objet de réaliser un dispositif pour l'arrêt du serrage des vis et des boulons lorsqu'on atteint un effort axial minimum prédéterminé sans recourir à l'utilisation de clés dynamométriques et permettant d'obtenir avec certitude une bien meilleure précision tout en étant indépendant des facteurs de temps et des phénomènes de fatigue et de vieillissement. Pour atteindre ce but on utilise un élément déformable destiné à être soumis à une compression par l'effort de serrage de la vis ou du boulon et pouvant donner lieu à un tassement nettement perceptible par l'opérateur lorsqu'on atteint effort minimum prédéterminé en provoquant un saut brusque du couple de torsion nécessaire pour un serrage ultérieur. Le dispositif selon l'invention est destiné à être inséré entre la tete de la vis ou l'écrou de serrage eut la partie de serrage et dans une première forme de réalisation ledit dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend deux rondelles en fer ou acier et un élement cylindrique tubulaire déformable, en matériau ayant une limite de déformation plastique nettement détectable et inférieure à- celle du matériau des rondelles, lesdites rondelles et ledit élément tubulaire étant destinés à être enfilés sur la tige de la vis, une rondelle et ledit élément tubulaire ayant un diamètre intérieur de peu supérieur au diamètre extérieur de la tige de la vis, tandis que la deuxième rondelle a un diametre intérieur plus grand afin d'entourer l'élément tubulaire et de former avec ledit élément un espace annulaire libre, la hauteur de l'élé- ment tubulaire étant supérieure à 1 'épaisseur de ladite deuxième rondelle de manière à tenir distancées les deux rondelles. Par 11 expression "limite de déformation nettement détectable, ou marquée" on comprend un diagramme effortdéformation bilinéaire dont le deuxième trait est sensiblement horizontal . Le diamètre extérieur de l'élément tubulaire est choisi de manière à former une surface frontale annulaire, sur laquelle est destinée à s'appuyer ladite première rondelle, ladite surface étant égale à l'effort de serrage désiré divisé par la limite de déformation à la compression du matériau de l'élément tubulaire, la hauteur dudit élément tubulaire étant choisie de manière à ce que son volume dépassant l'épaisseur de la deuxième rondelle soit essentiellement égal et de toute façon non supérieur au volume dudit espace libre compris entre le diamètre intérieur de la deuxième rondelle et le diamètre extérieur de l'élément tubulaire.De cette manière, lorsque pendant le serrage de la vis ou du boulon on atteint un effort tel qu'il provoque la déformation plastique de l'élément tubulaire en atteignant la limite de déformation plastique, ledit volume en excédent de l'élément tubulaire vient à remplir ledit espace annulaire libre permettant aux deux rondelles de venir directement en contact afin de provoquer ainsi un saut brusque du couple de torsion exigé pour un serrage ultérieur et d'éviter d'enregistrer une chute sensible de l'effort axial. On atteint ainsi le but d'arrêter le serrage de la vis ou du boulon lorsqu'on atteint l'effort axial minimum prédéterminé. I1 faut noter que dans le dispositif selon l'invention, comme il a été décrit, l'élément tubulaire déformable arrive à se; trouver, pendant le service, fortement comprimé entre surfaces en acier brut (rondelle et la surface de la pièce) dont le diagramme de déformation du type exigé ne s'obtient qu'en utilisant pour ledit élément des matériaux antifriction tels qu'alliages spéciaux, matières plastiques et similaires. Autrement, même si le matériau constituant l'élément déformable présente une limite de déformation plastique nettement marquée la retenue transversale exercée par le frottement sur les faces dudit élément détermine un durcissement notable du matériau qui rend incertain la détection de ltef- fort de serrage. Dans le but d'éviter la nécessité de recourir à des matériaux plutôt couteux, tels que matériaux antifriction pour la réalisation de l'élément déformable détecteur de l'effort de serrage, selon l'invention on a pensé également à faire amorcer la déformation plastique de l'élément déformable non par simple compression mais par gauchissement ou bien par coupure ou flambage sous l'effort de serrage. De cette manière il est possible de réduire considérablement les frottements exercés entre l'élément déformable et les surfaces en acier entre lesquelles ledit élément se trouve comprimé pendant le serrage de la vis ou du boulon Selon une première variante de l'invention 1 'élé- ment déformable est donc constitué par un petit cylindre creux ayant un coefficient de finesse approprié, est-à-dire une hauteur prédéterminée, bien supérieure à l'épaisseur de sa paroi. Ainsi, lorqu'un petit cylindre creux de ce type est soumis à une charge axiale, la déformation plastique du matériau est amorcée par le gauchissement par compression du petit cylindre et on obtient à coup sur la déformabilité exigée. Le coefficient de finesse du petit cylindre creux utilisé en tant qu'élément déformable peut etre de préférence de 20 à 25, environ. Les petits cylindres utilisés sont réalisés avec des matériaux ayant une limite de déformation plastique proportionnée à l'effort minimum qu'on veut obtenir. L'utilisation de petits cylindres élancés confère au gauchissement par compression un caractère net et permet de mettre facilement en évidence l'obtention de l'effort de serrage prédéterminé. La forme et les dimensions du petit cylindre creux doivent être fixées en tenant compte des caractéristiques du matériau utilisépour la fabrication dudit cylindre ainsi que de l'effort de serrage minimum à obtenir. La disposition du petit cylindre peut être identique à celle des éléments déformables prévus dans la première forme de réalisation cidessus décrite. En outre, les rondelles entre lesquelles est situé le petit cylindre doivent etre conformées de manière appropriée, de sorte que, après l'obtention de l'effort désiré, caractérisé par le gauchissement du petit cylindre, les deux rondelles d'acier entrent directement en contact, évitant ainsi que ne se produise une chute sensible de l'effort axial. Cela a également pour but de favoriser la production de forces de frottement utiles Un autre moyen avantageux selon l'invention est constitué d'une entaille circulaire pratiquée dans la rondelle supérieure pouvant entourer la partie supérieure du petit cylindre et destinée à guider sa déformation. Selon une autre variante, la déformabilité qui permet d'obtenir un effort prédéterminé plus important s'obtient par l'élimination, par cisaillement ou pliage, d'une fraction de la surface de l'une des rondelles, élimination réalisée à l'aide d'un ou de plusieurs poinçons en saillie sur l'autre rondelle Même dans ce cas on doit recourir aux moyens appropriés pour éviter la chute d'effort axial et pour per mettre l'apparition des efforts de frottement entre les rondelles. Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre, avant serrage, une première forme de réalisation du dispositif appliqué à un boulon pour assembler deux plaques La figure 2 illustre le même dispositif après interruption du serrage. La figure 3 est une coupe du dispositif muni d'un élément déformable constitué par un petit cylindre creux d'une hauteur supérieure à l'épaisseur de sa paroi. Les figures 4 et 5 montrent en coupe et en plan une autre forme de réalisation du dispositif où l'élément déformable est constitué par une rondelle agencée de manière qu'une fraction de sa surface puisse être éliminée; et les figures 6 et 7 montrent, comme les figures 4 et 5, une autre forme de réalisation du dispositif où l'élément déformable est constitué d'une rondelle agencée de façon qu'une fraction de sa surface puisse être éliminée. Comme on le voit sur la figure 1, deux plaques 10, 11 munies de trous percés 12, 13 doivent être bloquées entre elles au moyen d'un boulon comprenant une vis 14 et un écrou 15. La vis 14 comprend une tête 16, une tige 17 et une extrémité filetée 18 sur laquelle est vissé l'écrou 15. Le dispositif selon l'invention pour arrêter le serrage de la vis 14 lorsqu'on atteint un effort axial prédéterminé est inséré, dans le cas illustré, entre la tête 16 de la vis 14 et la surface libre de la plaque 10. Le dispositif comprend une première rondelle 20, une deuxième rondelle 21 et un élément cylindrique tubulaire 22 . Le diamètre intérieur de la rondelle 20 et celui de l'élément 22 sont de peu supérieurs au diamètre extérieur de la tige 17 de la vis 14, tandis que la deuxième rondelle 21 a un diamètre interieur plus grand de manière à entourer l'élément 22. La disposition, avant d'effectuer le serrage de la vis, est donc celle illustrée par la figure 1 : la rondelle 21 et l'élément 22 s'appuient sur la surface libre de la pla que 10, sur l'élément 22 s'appuie la première rondelle 20 et sur celle-ci s'appuie la tête 16 de la vis 14. On peut noter que l'élément 22 a une hauteur su supérieure à l'épaisseur de la deuxième rondelle 21 dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre extérieur de l'élé- ment 22 afin de former un espace annulaire libre 23. Le volume de l'élément 22 par rapport au volume déterminé par une hauteur égale à l'épaisseur de la rondelle 21 est essentiellement égal et de toute façon non supérieur au volume de lles- pace annulaire 23 ayant une hauteur egale à l'épaisseur de la rondelle 21. Autrement dit, lorsque l'élément cylindrique tubulaire 22 est soumis à la compression axiale au-delà de sa limite de déformation plastique, ledit volume en excès, par suite de la déformation plastique de l'élément 22; vient remplir ledit espace annulaire 23, comme on le voit sur la figure 2, et de ce fait la première rondelle 20 vient au contact direct de la deuxième rondelle 21. La surface annulaire frontale de l'élément cylindrique 22 délimitée par le diamètre intérieur et le diamètre extérieur et sur laquelle est appuyée la rondelle 20 avant le serrage est égale à l'effort de serrage désiré divisé par la limite de déformation plastique à la compression du matériau dans lequel est réalisé ledit élément 22. I1 est important, vu les objets de la présente invention, que le matériau de l'élément cylindrique tubulaire 22 ait une limite de déformation plastique relativement précise et constante et que cette limite de déformation plastique soit nettement inférieure à celle du matériau dans lequel sont réalises les rondelles 20, 21. Le fonctionnement du dispositif décrit est le suivant : Après avoir disposé les rondelles 20, 21 et l'élément 22 comme illustré sur la figure I, on commence le serrage de la vis 14. Lorsque l'effort de serrage divisé par la surface annulaire frontale de l'élément 22 atteint une valeur correspondant à la limite de déformation plastique dudit élément, l'élément subit une déformation plastique sans que l'effort augmente. L'élément 22 se déformant à l'état plastique, son volume en excès vient remplir l'espace annulaire libre 23 et de ce fait l'élément présente une hauteur inférieure à sa hauteur initiale et la rondelle 20 vient au contact frontal avec la rondelle 21; à cet instant l'effort de serrage subit une augmentation brusque et nette qui signale à l'opérateur l'obtention de l'effort axial désiré et le serrage est arrêté. I1 est clair que pour chaque effort axial prédéterminé on aura, pour le même matériau de l'élément tubulaire 22, différentes valeurs de sa surface frontale. En outre, le diamètre extérieur de l'élément 22 et le diamètre intérieur de la rondelle 21 sont établis en fonction de la différence entre la hauteur de l'élément 22 et l'épaisseur de la rondelle 21, ainsi que de la différence entre l'aire de la surface frontale annulaire de 1'éliment 22 et l'aire de la surface annulaire délimitée par le diamètre intérieur de la rondelle 21 et par le diamètre extérieur de la tige 17 de la vis 14. A titre d'exemple, l'élément cylindrique annulaire 22 peut être réalisé en aluminium pur, qui a une limite de déformation plastique plutôt nette, précise et constante. Cependant rien ne s'oppose à l'utilisation d'autres matériaux même non métalliques qui remplissent les mêmes conditions. Dans le but d'obtenir un positionnement précisément centré de la rondelle 21 autour de l'élément 22, avant le serrage, l'élément 22 peut présenter à sa base des petites protubérances 24, par exemple en nombre de trois ou quatre, équidistantes sur la circonférence, qui maintiennent la rondelle 21 distancée de manière concentrique. A la place de ces protubérances on peut prévoir d'autres moyens -appropriés de centrage. Sur les figures 3 à 7 sont illustrées d'autres formes de réalisation du dispositif selon l'invention et sur ces figures pour indiquer des parties identiques ou analogues à celles prévues dans la première forme de réalisation on utilise les mêmes -références numériques. Selon la figure 3, le dispositif pour l'arrêt du serrage de la vis 14 lorsqu'on atteint un effort axial mi nimun prédéterminé est constitué par un petit cylindre creux, élancé, 22 et par deux rondelles 20, 21. L'élément déformable, c'est-à-dire le petit cylindre 22, a une hauteur très supérieure à l'épaisseur de sa paroi et également plus grande que l'épaisseur de la rondelle 21. Sa partie supérieure entre et est guidée dans une entaille circulaire 23 dans la rondelle supérieure 20. Lorsque le petit cylindre 22 est soumis à une charge axiale par le serrage de l'écrou 15, lorsqu'on atteint l'effort de serrage prédéterminé ledit cylindre subit un gauchissement qui amorce la déformation plastique de son matériau et de ce fait les deux rondelles 20, 21 viennent au contact mutuel et se produit une augmentation brusque du couple de torsion nécessaire pour obtenir un serrage ultérieur. Dans la forme de réalisation du dispositif selon les figures 4 et 5 1 élément déformable sous l'effort axial de serrage est constitué par l'une des deux rondelles, à savoir par la rondelle 21. En effet, ladite rondelle 21 présente des zones affaiblies 25 qui dans l'exemple illustré sont en nombre de quatre et qui résultent par suite des cavités cylindriques opposées pratiquées dans les deux surfaces opposées de ladite rondelle. De la deuxième rondelle 20, du côté dirigé vers la rondelle 21 se trouvent en saillie des petits poinçons 26 qui pénètrent dans les cavités cylindriques pratiquées dans la surface de la rondelle 21 dirigée vers la rondelle 20. Dans ce cas, par le serrage de l'écrou 15 les poinçons 26 agissent sur les zones affaiblies 25 et lorsqu'on atteint l'effort de serrage prédéterminé provoquent le cisaillement desdites zones et les éliminent, de sorte que les deux rondelles 20, 21, initialement distantes entrent en contact I1 en résulte une augmentation brusque du couple de torsion nécessaire à la poursuite du serrage. Le dispositif illustré par les figures 6 et 7 est tout à fait similaire . Dans ce cas la zone d'affaiblissement de la rondelle 21 est constituée par une bande annulaire intérieure 27 et le poinçon qui sort en saillie sur la rondelle 20 a la forme d'une tige 28 qui pénètre dans la cavité cylindrique qui détermine la bande annulaire intérieure 27, à épaisseur réduite, de la rondelle 21. Dans ce cas, en serrant l'écrou 15, le poinçon 28 provoque le pliage ou même le cisaillement de la zone annulaire affaiblie 27 lorsqu'on atteint un effort de serrage prédéterminé, de sorte que les deux rondelles 20 et 21 viennent au contact mutuel et il en résulte une augmentation brusque du couple de torsion nécessaire à la poursuite du serrage. Les avantages obtenus avec le dispositif selon l'invention résultent clairement de la description ci-dessus. Les avantages résident essentiellement dans l'élimination des clés dynamométriques, l'obtention d'une précision optimale de l'arrêt du serrage pour l'effort axial minimum prédéterminé et dans le caractère économique dudit dispositif. Plus particulièrement, les formes de réalisation du dispositif selon les figures 3 à 7 permettent de rendre parfaitement fiable et sure la détection de l'effort de serrage grâce à l'utilisation d'un élément déformable approprié, de forme spéciale dont la déformation plastique s'obtient, non par la seule compression directe7 mais est amorcée soit par l'instabilité de l'élément déformable soit par la coupure d'une des parties dudit élément. REVENDICATIONaS 1.-Dispositif permettant d'arrêter le- serrage de vis-, de boulons et d'éléments similaires lorqu'un effort axial minimum prédéterminé est atteint, caractérisé en ce qu'il comprend deux rondelles en fer ou acier et un élément cylindrique tubulaire déformable, en matériau ayant une limite de déformation plastique nettement détectable et inférieure à celle du matériau des rondelles lesdites rondelles et ledit élément tubulaire étant destinés à être enfilés sur la tige de la vis, une rondelle et ledit élément tubulaire ayant un diamètre intérieur de peu supérieur au diamètre extérieur de la tige de la vis, tandis que la deuxième rondelle a un diamètre intérieur plus grand afin d'entourer l'élément tubulaire et de former avec ledit élément un espace annulaire libre, la hauteur de l'élément tubulaire étant supérieure à 18épaisseur de ladite deuxième rondelle de manière à tenir distancées les deux rondelles. 20- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre extérieur de l'élément tubulaire est choisi de manière à former une surface frontale annulaire sur laquelle est destinée à s'appuyer ladite première rondelle, ladite surface étant égale à l'effort de serrage désiré divisé par la limite de déformation à la compression du matériau de l'élément tubulaire, la hauteur dudit élément tubulaire étant choisie de manière à ce que son volume dépassant l'épaisseur de la deuxième rondelle soit essentiellement égal et de toute façon non supérieur au volume dudit espace libre 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la zone de sa base introduite dans l'alésage de la deuxième rondelle l'élément tubulaire présente des protubérances radiales de centrage. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un élément déformable constitué par un cylindre creux ayant un coefficient de finesse tel que sa hauteur soit notablement supérieure à l'épaisseur de sa paroi. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le petit cylindre creux présente un coefficient de finesse de l'ordre 20 à 25. 6.- Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'élément déformable est constitué par l'une des deux rondelles qui présente au moins une partie affaiblie qui peut être éliminée par cisaillement ou pliage au moyen d'un poinçon correspondant en saillie sur l'autre rondelle.