Brevet FR2514437A1 — publié le 19830415

L'invention est relative aux organes de liaison qui sont destinés à relier des pièces l'une à l'autre en étant ainsi soumis à des efforts de traction et/ou de flexion et qui sont munis, au niveau de l'une au moins de leurs ex- trémités de forme extérieure cylindrique, d'un trou taraudé généralement selon l'axe moyen de ces efforts Ce trou tarau- dé reçoit un élément solidaire de l'une des pièces à relier et munidnfiletage extérieur compatible avec le filetage intérieur du trou taraudé. De tels organes de liaison sont habituellement en métal et présentent donc, dans de nombreuses applications, les inconvénients inhérents aux métaux: absence d'isolation électrique et/ou thermique, risques de corrosion, dilatation et contraction excessives ou incompatibles avec celles de l'élément fileté, etc L'invention a pour but de remédier à ces inconv 6- nients Elle a également pour but de créer des organes de liaison qui se distinguent par une résistance à la rupture en traction et/ou flexion particulièrement élevée. Pour atteindre l'un au moins de ces buts, l'organe de liaison conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il est constitué d'un matériau stratifié à couches planes ou approximativement planes, parallèles à l'axe du trou taraudé, et d'une frette de rigidité telle que sa déformation radiale soit la plus faible possible, cette frette entourant la sus- dite extrémité cylindrique soit sur la totalité de la hau- teur du trou taraudé, soit de préférence seulement sur la partie de cette hauteur qui avoisine l'extrémité ouverte ou libre de ce trou. On sait que les matériaux stratifiés plans se dis- tinguent de la plupart des métaux ou matériaux isotropes par leur état anisotropique que leur confère leur constitution à partir de couches élémentaires minces d'un même matériau de base ou de plusieurs mntériaux de base, ces couches pou- vant présenter des caractéristiques identiques ou différen- tes dans les directions principales de leurs plans. Ces couches élémentaires, imprégnées ou enduites de résine ou matrice", sont stratifiées sous forme de pla- ques (ou planches) planes ou faiblement incurvées (en segment cylindrique ou en calotte sphérique, par exemple), àd chaud ou à froid sous forte ou faible pression Les matérianx stra- tifiés ainsi réalisés peuvent être considérés conmme des m'- têriaux orthotropes qui se caractérisent par le fait que leurs principales caractéristiques mécaniques ont, dans la direction des axes principaux, des diagrammes polaires en for- me de cercle ou d'autres courbes, suivant que les valeurs de rupture sont égales ou différentes Il y a lieu cependant d'6- tablir une distinction entre les deux axes principaux du ma- tériau stratifié, d'une part, et son troisième axe (épaisseur) d'autre part, dont les caractéristiques mécaniques sont liées directement à celles du système résineux utilisé pour lier en- tre elles les couches élémentaires du matériau stratifié Se- lon l'invention, c'est ce troisième axe que l'on oriente perpend-i- culairement à l'axe du trou taraudé de l'organe de liaison, c'est-à-dire perpendiculairement aux efiert -de 'tractien appliqués à cet organe Comme matériaux stratifies, on utilise de préfé- rence, selon l'invention,des complexes réalisés à partir de couches élémentaires à base de fibres sous forme de mats ou tissus ou autres, liées ensemble par de la résine Toutefois, l'invention n'est pas limitée aux matériaux stratifies de ce genre mais englobe en particulier tous les stratifiés ou ma- tériaux composites renforcés à base de fibres à hautes carac- téristiques mécaniques telles que: verre, Kevlar, carbone, etc en liaison avec des systèmes résineux adéquats tels que résine époxy, polyester, poly imide etc L'invention va être maintenant décrite plus en détail à l'aide des modes de réalisation qui sont représentés à titre d'exemples aux dessins annexés. La figure 1 représente, en perspective avec par- ties coupées, la partie supérieure d'un organe de Iaison conforme à un premier mode de réalisation. La figure 2 représente, en perspective avec parties coupées, un organe de liaison conforme à un deuxième mode de réalisation. La figure 3 représente, en perspective, un organe de liaison conforme à un troisième mode de réalisation. L'organe de liaison I,dont la partie supérieure est représentée à la figure 1, est destiné à relier deux pièces (non montrées) l'une à l'autre en étant ainsi soumis à des efforts de traction symbolisés par la flèche F Au moins au niveau de son extrémité représentée 2, dont la forme extérieure est cylindrique, cet organe de liaison est muni d'un trou taraudé 3 dont l'axe coïncide avec l'axe moyen des efforts de traction Ce trou taraudé 3 est destiné à recevoir un élément solidaire de l'une des susdites pièces et muni d'un filetage extérieur approprié Cet élément peut être constitué par une tige séparée de cette pièce ou faisant corps avec celle-ci. Selon l'invention, l'organe de liaison 1 est constitué d'un matériau stratifié à couches planes (schéma- tisées par des lignes parallèles 4), parallèles à l'axe du trou taraudé 3, et d'une frette ou bague circulaire 5 en- tourant l'extrémité 2 Cette frette 5 est d'une rigidité telle que sa déformation radiale soit la plus faible pos- sible sous l'effet d'efforts radiaux. Le diamètre intérieur de cette frette, c'est-à-dire le diamètre extérieur de l'extrémité cylindrique 2, est déter- miné en fonction des critères de résistance à la rupture en traction, en tenant compte des concentrations de contraintes dues aux filetages du trou taraudé 3 et des charges à ruptu- re de référence dans les axes considérés L'épaisseur de cette frette 5 est calculée en fonction de la pression interne ré- sultante du système, mais aussi des possibilités d'exécution de cette frette et de ses caractéristiques mécaniques propres. Bien que la frette 5 puisse être faite de métal, il est préférable de la constituer en un système résineux ar- mé, de préférence en un système résineux analogue ou identi- que à celui du reste de l'organe de liaison 1 Dans le cas d'un système résineuse arr:é, l'armature de ce systéme est aven- tageusement constituée de fibres, à hautes caractéristiques mécaniques, notamment en verre ou carbone, Kevlar, etc enroulées en cercles ou en hélices, et éventuellement reliées par des fibres parallèles à l'axe ou légèrement inclinées 1 4437 par rapport à celui-ci. Bien qu'elle puisse s'étendre sur toute la hauteur du trou taraudé 3, la frette 5 s'étend de préférence seule- ment sur la partie de cette hauteur qui avoisine l'extrémité ouverte ou libre de ce trou, ainsi qu'il ressort de la figu- re 1. Pour que l'organe de liaison 1 puisse être relié par sa partie inférieure à l'autre pièce définie ci-dessus, cette partie inférieure peut être constituée de la mime façon que la partie supérieure représentée à la figure 1, d'une fa- çon plus ou moins symétrique par rapport au plan de coupe sché- matisé par deux droites en trait mixte Cette partie inférieu- re peut également avoir une conformation différente dont deux exemples, sans aucun caractère restrictif, sont illustrés aux figures 2 et 3. L'organe de liaison la de la figure 2 est conforrt 6 à sa partie droite comme à la figure 1 A sa partie gauche, cet organe de liaison la comprend un bloc 6, formé d'une seule pièce avec la partie cylindrique 2 et traversé par un trou 7, perpendiculaire au trou taraudé 3 et destiné à recevoir une tige de liaison (non montrée), laquelle estsoumise aux ef- forts de traction PF 1 et F 2 dont la résultante est opposée à la force F Le bloc 6 peut avoir une forme parall 1 lépip 6 dique, comme représenté, ou toute autre forme convenant à l'appli- cation envisagée. L'organe de liaison lb de la figure 3 est confor- mé à sa partie droite comme à la figure 1 A sa partie gauche, cet organe de liaison lb comporte une extrémité filetée exz- térieurement 8, opposée et coaxiale à l'e:trémité 2. Pour faciliter le vissage, l'organe de liaison conforme à l'invention peut posséder une surface latérale polygonale, par exemple une surface latérale de section carrée 9 comme l'organe de liaison 1 de la figure 1, pour permettre l'engagement d'une clé de serrage. Pour fabriquer un tel organe de liaison, on pr 6- lcve, sur une plaque de m;tériau stratifié à couches planes ou approximativement planes, une ébauche dont la forme e:té- rieure correspond, aux retouches éventuelles près, à celle de l'organe de liaison Puis à l'extrémité cylindrique 2 de cette ébauche, on met en place la frette 5, après quoi seule- ment on exécute les opérations de perçage et de taraudage du trou 3 (ou des trous 3 alignés), de façon que cette frette reprenne les résultantes des efforts de perçage et de tarau- dage. On constate que l'organe de liaison conforme à l'invention et tel que 1, la ou lb est doté d'une résistance à la traction d'une valeur exceptionnelle, malgré la faible résistance à la traction que possède le matériau stratifié dans la direction perpendiculaire à ses couches élémentaires. En outre, ces organes possèdent une très grande résistance f iegre en compression L'organe de la possède en plus une excellente résistance à rupture en flexion pure (suivant f), mais aussi en flexion/traction et flexion/compression (ces contraintes résultant d'efforts non axiaux et non orthogonaux). C'est ainsi par exemple que, pour un organe de liaison 1 constitué de deux moitiés identiques à celles de la figure 1, c'est-à-dire à deux extrémités femelles et ayant les caractéristiques suivantes: composition du matériau stratifié: verre/époxy S composition des frettes 5: tube époxy; longueur de l'organe,: L en mm; diamètre extérieur des frettes: D en mm épaisseur des frettes: e en mm; hauteur des frettes: g en mm; profondeur des trous taraudés: h en mm; diamètre des fonds de filets d en mm; on a obtenu les valeurs de résistances à la rupture en traction T en da N, (et compression) paraissant dans-le tableau suivant Avec un organe de liaison 1 a tel que représenté sur la figure 2, de même matériaux et ayant les dimensions sui- vantes: longueur de l'organe: 65 mm; diamètre extérieur de la frette: 34 m; épaisseur de la frette:2 mm; hauteur de la frette: 30 mm; profondeur du trou taraudé: 35 mm; diamètre du trou taraudé: 16 mm; diamètre du trou 7: 12 mm; dimensions de la partie 6: selon l'axe du trou 7, 40 mm; selon l'axe du trou taraudé, 25 mm-; perpendiculalrement aux deux axes, 30 mm; on a obtenu une résistance à la rupture en traction de 5950 da N. Avec un organe selon la figure 3, les valeurs de rupture en traction et compression sont identiques à celles d'un organe similaire de la figure 1 mais les valeurs de ré- sistance à la rupture en flexion F en da N sont plus élevées comme le montre le tableau ci-dessous: L D e g h d T 15 1,5 6 9 6 790 19 1,5 8 12 8 1700 23 1,5 10 15 10 2350 28 2,0 12 18 12 3600 32 2,0 14 21 14 5620 36 2,0 16 24 16 7500 40 2,0 18 27 18 9600 45 2,5 20 30 20 10000 53 2,5 24 36 24 13600 r étant la hauteur du filetage 8 en mm. Bien entendu, les organes selon l'invention peu- vent être prévus pour relier plus de deux pièces entre elles. Ainsi, des organes peuvent par exemple présenter les forme d'un polygone quelconque avec, sur certaines faces au moins,des trou taraudés entourés de frettes et dont les axes sont perpendicu- laires audit troisième axe de l'organe. L D e g h d r F 19 1,5 8 12 8 12 550 28 2,0 12 18 12 18 1250 32 2,0 14 21 14 21 1700 REVENDICATIONS 1 Organe de liaison qui est destiné à relier au moins deux pièces le' une l'autre en étant ainsi soumis à des efforts de traction ou de flexion et qui est muni, au niveau de l'une au moins de ses extrémités ( 2) de forme extérieure cylindrique, d'un trou ( 3) taraudé selon l'axe moyen de ces efforts, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un matériau stratifié à couches planes ou approximativement planes ( 4), parallèles à l'axe du trou taraudé ( 3), et d'une frette ( 5) de rigidité telle que sa déformation radiale soit la plus faible possible, cette frette ( 5) entourant la susdite ex- trémité cylindrique ( 2) sur une partie au moins de la hau- teur du trou taraudé ( 3). 2. Organe de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que la frette ( 5) n'entoure l'extrémité l 5 cylindrique ( 2) que sur la partie de la hauteur du trou taraudé ( 3) qui avoisine son extrémité ouverte. 3.-Organe de liaison selon l'une des revendications l et 2, caractérisé en ce que le matériau stratifié est un complexe renforcé à base de fibres à hautes caractéristiques mécaniques. 4. Organe de liaison selon l'une quelconque des revendications l à 3, caractérisé en ce que la frette est constituée en un système résineux arm 6. 5. Organe de liaison selon la revendication 4, caractérisé en ce que la frette est constituée enun sys- tème résineux armé analogue ou identique à celui du reste de l'organe de liaison ( 1, la, lb). 6. Organe de liaison selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système résineux de la frette est armé par des fibres à hautes caractéristiques mécaniques, enroulées en cercles ou en hélices. 7. Organe dce liaison selon l'une quelcouoec des revendications l à 6, caractérisé en ce qu'il comporte également au moins une extrémité filetée ( 8). 8 Procédé de fabrication d'un organe de liai- son selon l'une quelconque des revendications l à 7, carac- tèrisé en ce qu'on prélève, sur une plaque de matériau stra- tifié à couches planes ou approximativement planes, une ébauche dont la forme correspond au moins approximativement à celle de l'organe de liaison ( 1, la, lb); en ce qu'on met ensuite la frette ( 5) en place; après quoi seulement on exécute les opérations de perçage et de taraudage du trou ( 3).