Brevet FR2519570A1 — publié le 19830718

La présente invention concerne un ensemble de fixation fileté et en particulier un tel ensemble dont la longueur et le poids peuvent être réduits au minimum. On connaît déjà des ensembles filetés de fixa- tion, notamment des ensembles ayant une caractéristique de limitation de couple Les dispositifs de fixation de caractéristiques poussées sont très coûteux et on les utilise souvent dans des installations dans lesquelles un poids excessif est gênant non seulement à cause du coût du matériau mais aussi du fait de l'augmentation des coûts de fonctionnement qui peuvent être proportion- nels au poids Par exemple, chaque kilogramme ajouté au poids d'un aéronef augmente considérablement son coût annuel de fonctionnement. On a obtenu une réduction de poids par utili- sation de matériaux légers tels que le titane, mais la réalisation d'une économie de poids par remplacement d'un matériau par un autre est de plus en plus difficile. L'invention concerne la réduction du poids d'un ensemble de fixation par réalisation d'une structure dont l a longueur filetée peut être réduite, si bien que la longueur et le poids de la broche de l'ensemble peuvent être réduits En outre, comme des colliers utilisés dans de tels ensembles comportent habituellement des alésages élargis destinés à contenir les filets incomplets qui sont habituellement formés sur la broche, les colliers doivent être suffisamment longs compte tenu de la présence de l'alésage élargi et de la longueur de leur propre taraudage Il est donc nécessaire que le collier ait une plus grande longueur et donc n poids plus important. La présence d'un plus petit nombre de filets incomplets nécessite un alésage élargi plus court donc l'utilisation d'un collier plus court et plus léger. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 223 433 représente de fa Con générale des ensembles de fixation de caractéristiquespoussées et à limitation de couple, ainsi que des joints du type décrit dans le présent mémoire. En outre, on connaît déjà l'écrouissage de broches, un exemple étant décrit dans la demande de brevet des Etats- Unis d'Amérique N O 108 959 déposée le 31 décembre 1979 par Josef F Volkmann, Edwin E Hatter et Michael M. Sbhuster. L'invention concerne un ensemble de fixation léger qui peut comporter une caractéristique de limita- tion de couple. Un ensemble de fixation selon l'invention comporte une broche ayant une tête, une tige cylindrique, un épaulement contigu à la tige et réduisant son diamètre, un rayon formé dans la région de plus petit diamètre de l'épaulement, cette région étant écrouie, et une extré- mité filetée, dans l'ordre indiqué, à partir de la tête. Le filetage est presque adjacent à l'épaulement, et il n'a pas plus de la moitié environ d'une spire de filet incomplet à son extrémité la plus proche de l'épaulement. Un collier peut être vissé sur le filetage et il a un alésage élargi destiné à dégager le filet incomplet La longueur de l'alésage élargi n'est pas supérieure à la longueur prévue, de serrage de l'ensemble de fixation augmentée de la moitié environ du pas du filet Ainsi, le collier et la broche forment ensemble un tout très peu encombrant, ayant une longueur réduite, tout en possédant une résistance mécanique et des possibi- lités d'adaptation qui sont convenables. Selon une caractéristique avantageuse mais éventuelle de l'invention, le collier peut posséder une caractéristique de limitation automatique de couple, un exemple étant représenté dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique N O 4 223 433. En outre ou à la place, le collier peut le cas échéant comporter un dispositif de blocage de file- tage tendant à maintenir le collier sur la broche, avec le couple fixé, et un dispositif de coopération avec une clé destinée à exercer un couple sur le collier. L'invention concerne aussi un procédé utile de fabrication de la broche. D'autres caractéristiques et avantages de * l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale d'une ébauche destinée à la fabrication d'une broche selon l'invention, l'ébauche étant déjà partiellement traitée; la figure 2 est une vue de droite suivant les flèches 2 de la figure 1; la figure 3 est une coupe axiale de l'ébauche ayant subi un'traitement supplémentaire; la figure 4 est une coupe partielle représentant. un traitement éventuel de la broche la figure 5 est une vue de droite suivant les flèches 5 de la figure 4; la figure 6 est une coupe axiale d'un collier qui peut être utilisé avantageusement avec la broche; - les-figures 7 et 8 sont des vues d'ensemble représentant une partie d'un raccord réalisé à l'aide de la broche et du collier précités, dans les configura- tions de serrage minimal et de serrage maximal, la figure 9 est une coupe axiale d'une ébauche analogue à celle de la figure 1 mais ayant subi un traitement différent; la figure 10 est une coupe axiale de l'ébauche de la figure 9 sur laquelle un filet a é 1 é formé par roulage; la figure 11 est une coupe axiale représentant l'ébauche de la figure 1 ou de la figure 9 ayant une gorge périphérique-; et les figures 12 et 13 sont des coupes axiales de l'ébauche de la figure 1 ou de la figure 9, ayant des filets dont les diamètres des crêtes sont croissants ou décroissants. La figure 1 représente une ébauche 10 partiel- lement traitée destinée à la fabrication d'une broche selon l'invention L'ébauche a une tête 11 formée préalablement, un axe central 12 et une tige cylindrique 13. Une gorge 15 a été formée par une opération de coupe afin qu'un épaulement 16 qui réduit le diamètre soit réalisé Bien qu'on ait représenté l'épaulement 16 avec une certaine inclinaison, il peut s'agir d'un épaulement ayant une surface plane, dans un plan perpen- diculaire à l'axe central Un rayon 17 est formé dans la partie de plus petit diamètre de l'épaulement Un autre épaulement 18 est formé de l'autre côté de la gorge, pendant l'opération de coupe Un tronçon 19 d'extrémité est destiné à former un filet par découpe ou roulage, de préférence par roulage Un fond 20 de la gorge peut être plat ou courbe La longueur du fond peut être quel- conque entre une valeur nulle et une valeur plus grande mais elle a en général une valeur minimale, pour des raisons qui apparaissent dans la suite du présent mémoire. Lors d'une opération de roulage (non repré- sentée) une région qui comporte le rayon 17 (cette région n'ayant pas besoin de se prolonger au-delà de ce rayon, bien qu'elle le puisse) est formée par roulage afin qu'elle soit 5 crouie L'ébauche est formée d'un matériau qui peut être écroui afin qu'une région comprenant le rayon et aussi grande que voulue près de ce rayon puisse être- écrouie et possède ainsi une meilleure résistance mécanique et une meilleure résistance à la fatigué à cet emplace- ment. Après l'opération d'écrouissage, un filet 25 est formé à l'extérieur du tronçon 19 Comme une ma- trice de roulage de filet peut être appliquée sur le tronçon d'extrémité et peut pénétrer dans la gorge, seule une partie minimale de filet incomplet est formée car les parties d'engagement de la matrice recouvrent la gorge Cette caractéristique détermine la longueur du fond Il doit avoir une longueur axiale juste suffisante pour permettre la formation du filet incomplet minimal comme indiqué Selon l'invention, la moitié environ d'une spire du filet au maximum doit être incomplète Le reste doit être formé de filetscomplets Une inclinaison conve- nable des épaulements de la gorge peut donner cette carac- téristique sans que la gorge ait un fond important, mais, dans un ensemble optimal de fixation, la réduction résul- tante de longueur de la tige cylindrique peut ne pas être souhaitable Ainsi, dans un mode de réalisation avantageux, la gorge a un fond au moins sur une certaine partie, habituellement. La figure 5 représente un exemple de cavité 27 de coopération avec une clé qui est éventuelle et peut être formée dans le tronçon d'extrémité Elle peut avantageusement avoir une forme hexagonale pour le logement d'une clé mâle, mais cette cavité de logement de clé peut avoir une section non circulaire de forme différente ou peut même être absente Un dispositif peut aussi être formé à l'extérieur (par exemple sur la tige) Lorsque la tête de la broche est destinée à être retenue par une clé, cette cavité de logement de clé n'est pas nécessaire. La cavité doit permettre le serrage de l'ensemble de fixation à partir d'une seule extrémité. Ainsi, une broche décrite jusqu'à présent a une tête préformée qui est représentée sous forme d'une tête fraisée mais il peut aussi s'agir d'une tête hémi- sphérique en saillie, d'une tête hexagonale en saillie ou d'une tête ayant toute autre configuration voulue, la tête comprenant aussi une tige cylindrique, une gorge qui réduit le diamètre, et une partie écrouie, formant un rayon dans la région du plus petit diamètre d'épaulement, et un filet, ces parties étant disposées dans cet ordre à partir de la tête Le filet n'a pas plus d'une demi- spire de filet incomplet. La broche est destinée à être utilisée avec un collier taraudé Le taraudage a évidemment suffisamment de spires pour qu'il assure une jonction convenable. Cependant, cette jonction doit être formée par des spires de filet complet et non de filet incomplet Pour cette raison, un tel collier a en général un alésage élargi dont la longueur axiale suffit pour qu'il dégage les filets incomplets et empêche le contact avec les filets incomplets Etant donné qu'un ensemble de fixation uti- lisable en pratique est réalisé de manière que chaque taille puisse être utilisée avec toute une plage de serrage, la longueur de l'alésage élargi est égale à la plage de serrage augmentée de la longueur du pas des spires incomplètes Ainsi, les spires incomplètes pro- voquent une augmentation de la longueur de l'alésage élargi et en conséquence de la longueur et du poids de la broche, du collier et de leur combinaison. La figure 6 représente un exemple d'un collier 30 du type bien connu 'HiLok" décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 2 940 495 Le mode de réali- sation de collier représenté, réalisé selon l'invention, comporte un corps 31 ayant un axe central 32 et un passage axial 33 Le corps a un taraudage 34 et un alésage élargi 35 dont la longueur axiale n'est pas supérieure à la plage prévue de serrage augmentée de la longueur dé la moitié du pas du filet La paroi externe 36 du corps a une forme effilée afin que le poids soit réduit, et elle est placée entre une extrémité 37 d'appui et une extrémité 38 de commande Une bande élargie 39 est placée près de l'extrémité de commande afin qu'elle augmente la rigidité Cette bande n'est présente qu'éventuellement. Elle peut être légèrement écrasée par rapport à la circu- larité afin que, lorsque la broche y est vissée, elle s'arrondisse, laforce de retour élastique constituant un moyen de blocage du filet. Un tronçon 40 de commande a un arrangement hexagonal 41 permettant la coopération avec un organe de commande, un tronçon tubulaire non taraudé 42 de transi- tion et une gorge 43 qui forme une région de section réduite et qui constitue la partie du collier ayant la moindre résistance aux forces d'application de couple. Elle présente une résistance déterminée au couple at- teignant une valeur donnée Pour cette valeur-donnée et au-delà, lé tronçon de commande se casse au niveau de la gorge et se libère si bien qu'il laisse l'écrou serré avec le couple voulu. La caractéristique de blocage du filet par défaut de circularité peut aussi être réalisée sans utili- sation d'une bande, par exemple par formation de la paroi de l'écrou, près de son extrémité libre, avec une épais- seur suffisante pour que cette paroi puisse être déformée par rapport à la circularité, et puisse maintenir une pression suffisante contre la broche lorsque sa configura- tion est modifiée par vissage sur la broche En outre, lorsque la caractéristique de limitation de couple n'est pas souhaitable, le tronçon amovible de commande peut être éliminé et le collier peut avoir un dispositif de coopération avec une clé sur une partie de son corps. Un arrangement hexagonal de surfaces deserrage ou un groupe de doigts de coopération avec une clé sont deux exemples de dispositifs convenant à la coopération avec une clé. La figure 7 représente un collier serré, son tronçon de commande ayant été arraché par application d'un couple, le collier étant en appui contre une pièce 44 alors que la broche 45 assure la serrage maximal. La figure 8 représente la même broche 45 pour le serrage minimal Il faut noter que le taraudage du collier a presque atteint l'épaulement de la broche Evidemment, la tête est en appui contre la pièce de l'autre côté, mais cette caractéristique n'est pas représentée pour la simplification des dessins, la broche 45 ayant une tête et une tige cylindrique comme décrit précédemment. En plus des procédéset constructions déjà re- présentés, d'autres sont possibles Par exemple, le pro- cédé avantageux de fabrication de la construction avanta- geuse de broches est maintenant décrit en référence à la figure 9 Une ébauche 50 a une tête 51, un axe central -52 et une tige cylindrique 53 Un tronçon 54 d'extrémité ayant un diamètre réduit dans une certaine mesure, se trouve de l'autre côté d'une gorge 55 -Celle-ci a été formée par roulage, afin que la région du rayon 56, dis- posée dans la partie de moindre diamètre de l'épaulement 57, soit écrouie De cette manière, l'épaulement et le fond 58 de la gorge sont aussi écrouis La partie de diamètre réduit du tronçon d'extrémité peut avoir été formée par extrusion, rectification ou tournage. Ensuite, comme représenté sur la figure 10, un filetage 60 est roulé sur le tronçon-d'extrémité, vers l'épaulement, mais il n'atteint pas celui-ci de préférence bien qu'il s'en rapproche beaucoup Il reste moins d'un demifilet incomplet environ, du fait de la partie d'entrée de la matrice de roulage Il s'agit d'un filet optimal formé sur une broche écrouie d'une manière optimale. Une cavité 61 de pénétration d'une clé peut être formée à l'extrémité de la broche qui n'a pas de tête. La figure 11 montre que l'avantage obtenu par l'écrouissage de l'épaulement peut être utilisé avec un dispositif de coopération avec un collier autre que des filets hélicoldaux, par exemple dans des ensembles de fixation rétreints dont des gorges périphériques reçoi- vent des parties déformées des colliers Le dispositif "Huck" bien connu de fixation est un exemple d'une telle caractéristique Une broche 65 destinée à un tel ensemble a une tête 66, un axe central 67, une gorge 68 de préfé- rence formée par roulage comme représenté sur la figure 9, une région écrouie au voisinage du rayon 68 a formée dans la partie de plus petit diamètre de l'épaulement 69, et un tronçon d'extrémité ayant plusieurs gorges périphériques 70 qui peuvent être formées par coupe ou roulage Habituellement, une tige 71 est destinée à per- mettre l'application d'une force de traction dans le sens opposé à la force de déformation, sur un collier destiné à coopérer avec une telle broche. La figure 12 représente une broche 75 qui est analogue à celle de la figure 10 à tous égards, mais qui a un filetage 76 dont le diamètre augmente en s'écartant de l'extrémité qui comporte la tête. La figure 13 représente une broche 80 qui est analogue à celle de la figure 10, mais qui a un file- tage 81 dont le diamètre diminue à distance de l'extrémité qui comporte la tête. Il existe des applications des combinaisons de broches et de colliers dans lesquelles le diamètre du filetage augmente ou diminue comme représenté, et les avantages de l'écrouissage et de la présence de moins de la moitié environ d'une filet incomplet sont utiles dans ces installations. Le tronçon d'extrémité de l'ébauche qui a un diamètre réduit, lorqu'il est utilisé, peut être réa- lisé par toute technique convenable, par exemple par extrusion, coupe, usinage ou roulage. La disposition du tronçon écroui à proximité du rayon donne une résistance à la fatigue et une résis- tance mécanique importantes près de filets, à un endroit o le changement de configuration est brutal. La quantité de spires de filet incomplet qui est formée est minimale du fait de la présence de la gorge. Elle correspond à la plus faible quantité qui peut être formée avec une matrice classique de roulage ou un outil de coupe qui s'approche en pratique aussi près que possible de l'épaulement Dans les opérations classiques de roulage des filets, une à deux spires incomplètes sont habituel- lement formées Ceci constitue une économie très importante à la fois sur la longueur de la broche et la longueur du collier avec lequel elle coopère, par rapport aux combinaisons classiques de dispositifs de fixation. Il n'est pas nécessaire selon l'invention que la cavité de contact avec l'organe de commande soit présente ou que le dispositif qui 1 imbu Le le couple soit aussi présent L'invention est utile dans le cas de bou- ions classiques à tête et d'écrous simples, et dans le cas de dispositifs plus élaborés de fixation, mais il *faut noter que l'invention a son application la plus importante dans le cas des ensembles élaborés qui posent un problème de poids et qui doivent avoir un poids minimal. Le but recherché est évidemment la réalisation d'une construction qui ne nécessite pas une dépouille des filets incomplets lors de la formation du filetage sur la broche. Un matériau qui convient pour la broche est l'alliage d'aluminium 7075 T 73 qui peut être écroui et a d'excellentes caractéristiques mécaniques D'autres matériaux qui conviennent existent aussi et on peut noter par exemple l'alliage de titane 6 Al-4 V, l'acier résistant à la corrosion A 286 et les aciers alliés, ainsi que d'au- tres matériaux métalliques qui peuvent être écrouis. Selon l'invention, les gorges périphériques de la figure 10 sont appelées "filetages" Il est évi- dent qu'il n'existe pas de spires incomplètes dans ce mode de réaliation. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. 1 1 REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'une broche ( 10) for- mée d'un métal qui peut être écroui et ayant une tige cylindrique ( 13), une extrémité ( 11) formant une tête -5 et une extrémité filetée ( 25) formée sur la tige, la longueur de l'extrémité filetée étant réduite au minimum par réduction au minimum des filets incomplets, carac- térisé en ce qu'il comprend la formation d'une gorge périphérique ( 15) darisla broche près de la tige, la gorge ayant un épaulement ( 16) contigu à la tige et une partie ( 17) formant un rayon, contiguë à l'épaulement au fond de la gorge, le roulage au moins de la partie ( 17) formant un rayon afin que le métal de cette région soit écroui, et la formation d'un filetage ( 25) sur l'ex- trémité filetée, du côté de l'épaulement qui est opposé à celui de la tige, le filetage étant presque adjacent à l'épaulement et n'ayant pas plus de la moitié environ d'une spire de filet incomplet à son extrémité la plus proche de l'épaulement - 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge ( 15), lorsqu'elle est formée à l'ori- gine, a deux parois latérales dont l'une forme l'épaulement ( 16) et l'autre s'écarte de l'axe central de la tige et est modifiée afin qu'elle fasse partie du filetage. 29 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge ( 15) et le filetage ( 25) sont fabriqués par roulage. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge ( 15) est fabriquée par roulage et le filetage Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge ( 15) est fabriquée par coupe et le- filetage ( 25) par roulage. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge ( 15) et le filetage par coupe. Broche de fixation, caractérisée en ce qu'elle comporte une tête ( 11), une tige cylindrique ( 13), un épaulement ( 16) contigu à la tige au niveau d'une réduc- tion de diamètre, une partie ( 17) formant un rayon dans la région de moindre diamètre de l'épaulement et un file- tage de l'épaulement. 8 Broche selon la revendication 7, caractérisée en ce que la gorge ( 15) et le filetage ( 25) ont été réalisés par roulage. 9 Broche selon la revendication 7, caractérisé en ce que la gorge ( 15) a été réalisée par roulage et le filetage ( 25) par coupe. Broche selon la revendication 7, caractérisée en ce que la broche ( 15) a été réalisée par coupe et le filetage ( 25) par roulage. 11 Broche selon la revendication 7, caractérisée en ce que la gorge ( 15) et le filetage ( 25) ont été formés par coupe. 12 Broche selon la revendication 7, caractérisée en ce que le filetage comporte plusieurs gorges annulaires ( 70). 13 Ensemble comprenant une broche et un collier, caractérisé en ce qu'il comprend une broche selon la revendication 7 et un collier ( 30) comportant un corps ( 31) qui a une extrémité d'appui ayant une surface sensi- blement plane ( 37) destinée à être en appui contre une, pièce, le corps ayant un passage destiné à loger la broche et débouchant à l'extrémité d'appui, un taraudage ( 34) formé dans la paroi de ce passage, un alésage élargi ( 33) non taraudé partant de l'extrémité d'appui vers le filetage, la longueur axia le de l'alésage élargi ne dépassant pas la plage prévue de serrage de l'ensemble augmentée de la moitié environ du pas du filetage. 14 Ensemble selon la revendication 13, caracté- risé en ce que le collier ( 30) est d'un type ayant une caractéristique de limitation de couple. Ensemble selon la revendication 14, caracté- risé en ce que le collier ( 30), avant d'être fixé avec son couple propre, comporte un tronçon ( 40) de coopération avec un dispositif de commande, rendu solidaire du corps par une région de moindre résistance aux forces des couples appliqués, si bien que le tronçon de coopération avec un organe de commande est retiré du corps lorsque le couple correspondant est appliqué. 16 Ensemble à broche et collier, caractérisé en çe qu'il comprend une broche ( 65) selon la revendication 12, et un collier comprenant un corps ayant une paroi cylindrique disposée axialement et destinée à être déformée à l'intérieur du filetage de la broche.