Brevet FR2525704A1 — publié le 19831028

La présente invention concerne une tige destinée à être utilisée dans un dispositif de fixation à fluage et ci- saillement et se rapporte en outre au dispositif de fixation lui-même dans la mesure o il comporte une telle tige et un autre organe de fixation. Les dispositifs de fixation à,fluage et cisaillement, qui sont utilisés de façon très courante dans les engins aériens, notamment pour maintenir ensemble deux ou plusieurs pièces telles que des feuilles métalliques, comprennent gêné- ralement une tige qui passe dans des trous alignés ménagés dans lesdites pièces La queue de la tige présente une résis- tance suffisante du point de vue matière ainsi qu'une section droite suffisante pour résister aux forces de cisaillement qui sont exercées sur le dispositif de fixation et pour trans- férer ces dernières Ces forces sont souvent extrêmement importantes Le dispositif de fixation doit également être capable de résister à des forces de traction longitudinales qui résultent de la flexion du dispositif de fixation A cet effet, la tige comporte une tête et une gorge périphérique, et un organe de fixation peut être appliqué sur la gorge, de telle sorte que les pièces peuvent être serrées entre la tête et l'organe de fixation Ces forces sont généralement consi- dérablement plus faibles que les forces de cisaillement. Jusqu'ici, il a été de pratique courante de confor- mer la tête et la gorge selon une configuration classique, et il-en résulte que le tronçon de tête et le tronçon à gorge sont trop résistants et trop pesants Ces particularités aboutissent à un double inconvénient En premier lieu, l'excès de poids est particulièrement peu souhaitable pour tous les engins volants et, en second lieu, des matériaux tels que le titane sont tellement coûteux qu'il n'est pas véritablement possible d'approvisionner des quantités de matière non néces- saires. La présente invention vise à remédier à ces inconvé- nients en fournissant une tige destinée au type précité de dispositif de fixation et dans laquelle les résistances de la tête et de la gorge sont sensiblement égales et sont uniquement suffisantes pour résister aux forces de traction longitudinales produites par la flexion du dispositif de fixation En outre, la queue de la tige peut être rendue aussi importante que désiré, pour transférer la charge de cisaillement appliquée. Par conséquent, l'invention permet de réaliser une tige équi- librée qui ne présente aucun excès de poids et qui ne comporte pas de matière perdue. L'invention vise en outre à fournir une tige qui est réalisée d'une manière telle qu'elle résiste de façon optimale aux forces de fatigue dans une région critique située à proximité de l'extrémité de la queue cylindrique. Conformément à l'invention, une tige métallique équi- librée, à fluage et cisaillement, comprend essentiellement un tronçon de tête, un tronçon de queue cylindrique, un tronçon de transition et un tronçon de col réduit, dans cet ordre. Une gorge périphérique, telle qu'un filetage ou une gorge annulaire, est ménagée au niveau du tronçon de col réduit. Les résistances inhérentes au tronçon de tête et à la gorge périphérique, pour résister aux forces de traction longitu- dinales, sont sensiblement égales et seulement suffisantes pour résister à de telles forces qui apparaissent sous l'effet de la flexion du dispositif La résistance inhérente au tronçon de queue cylindrique, pour résister à des forces de cisaillement, est suffisante pour résister aux forces de cisaillement apparaissant dans le dispositif de fixation. Selon une caractéristique préférée mais facultative de l'invention, le tronçon de transition comprend, avec le tronçon de col, un tronçon intermédiaire qui subit localement un durcissement à l'outil, de manière à résister aux forces de fatigue dans cette région. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale de la forme de réalisation préférée de l'invention; la figure 2 représente une vue de droite correspon- dant à la figure 1; la figure 3 représente une vue à échelle agrandie d'une partie de la figure 1; la figure 4 représente une vue en coupe longitudinale d'une autre forme de réalisation de l'invention qui est illus- trée en partie à l'état monté et en partie à l'état démonté; et la figure 5 représente une vue en élévation latérale d'un fragment d'un tronçon facultatif de la tige représentée sur la figure 1. En se référant à la figure 1, un dispositif de fixa- tion 10 à fluage et cisaillement, selon l'invention, est des- tiné à maintenir ensemble deux pièces 11 et 12 qui, dans le cas présent, sont constituées par des feuilles ou des plaques métalliques, par exemple des feuilles ou des plaques d'un allia- ge de titane ou d'aluminium Ce dispositif à tige et organe de fixation peut évidemment maintenir ensemble d'autres pièces que des feuilles ou des plaques, par exemple des pièces d'adap- tation montées sur des plaques. Les feuilles 11 et 12 présentent des trous débouchants respectifs 13 et 14 qui sont alignés Lorsque cela est néces- saire, un lamage 15 de tête noyée est ménagé au niveau d'une première face extérieure 16 de la feuille 11 Une seconde face extérieure 17 est conformée sur la feuille 12. Une tige métallique 20 à fluage et cisaillement est montée dans les trous alignés Il est préférable mais pas nécessaire de réaliser un ajustement du type emmanchement à force, c'est-à-dire que la tige présente des dimensions légèrement plus importantes que celles des trous, ce qui détermine des précontraintes des parois des trous et rend le montage plus résistant à la fatigue Les emmanchements à force sont bien connus et ne nécessitent pas de descrip- tion plus détaillée. La tige 20 comprend les tronçons ci-après, dans l'ordre indiqué: un tronçon de tête 21, un tronçon de queue cylindrique 22, un tronçon 24 de transition avec réduction et un tronçon de col 24. Le tronçon de transition relie le tronçon de queue et le tronçon de col Il comprend un épaulement arrondi 25 qui est contigu au tronçon de queue ainsi qu'un tronçon intermédiaire 26 qui est contigu au tronçon de col. Le tronçon de col comporte une gorge périphérique 27 Dans la forme de réalisation préférée de l'invention, cette gorge est constituée par un filetage hélicoïdal classi- que qui est réalisé, notamment par roulage, au niveau du tronçon de col. Ce filetage s'interrompt avant d'atteindre le tronçon intermédiaire 26. Le tronçon intermédiaire 26 subit localement un durcissement à l'outil La technique préférée consiste à effectuer une opération de repoussage au niveau du tronçon intermédiaire à l'aide d'un outil du genre molette Cette opération déplace le métal de chaque côté de manière à former des bourrelets 28 et 29 Il est important de noter que ces bourrelets n'existent qu'au niveau d'emplacements o ils ne gênent aucun fonctionnement Le durcissement à l'outil du tronçon intermédiaire amène cette région à être beaucoup plus résistante aux forces de fatigue que cela ne serait le cas sans cette opération de durcissement mécanique Du fait que cette région se trouve au niveau d'un emplacement o il existe un changement de forme relativement abrupt, la résis- tance à la fatigue présente une importance considérable. Cette particularité est cependant facultative. Le tronçon de transition est représenté sous la forme d'une surface de révolution faisant un angle non perpendicu- laire à l'axe de symétrie 30 du dispositif de fixation A titre de variante, ce tronçon pourrait également se présen- ter sous la forme d'un plan disposé normalement à cet axe. Le tronçon intermédiaire serait alors situé au niveau et au voisinage du rayon qui existerait là o le tronçon de transition rejoint le tronçon de col. Un filetage hélicoïdal présentant un diamètre de sommet constant et un diamètre de fond constant ne cons- titue qu'un type de gorge périphérique utile Un autre type de gorge, qui n'est pas représenté, consiste en une gorge du type annulaire qui s'étend autour du tronçon de col dans un plan Il peut exister une ou plusieurs gorges de ce type et ces dernières peuvent présenter ou non les mêmes dimen- sions. Egalement, une gorge hélicoïdale ne doit pas toujours présenter un diamètre de sommet constant et un diamètre de fond constant Il existe des applications pour lesquelles il peut être prévu un diamètre de sommet qui augmente au fur et à mesure qu'il s'écarte de l'extrémité correspondant à la tête Le diamètre de fond peut changer ou non. Le tronçon de tête qui est représenté sur la figure 1 est réalisé sous la forme d'une tête destinée à être noyée dans un lamage Si l'application ne nécessite pas de noyer la tête dans un lamage, il est possible de réaliser une tête saillante telle que la tête 35 qui est représentée sur la figure 5 Le terme "saillant" signifie que la tête fait saillie par rapport à la première face extérieure. Le dispositif de fixation à fluage et cisaillement selon l'invention est complété par un organe de fixation 40. Du fait que ce dispositif est étudié avec beaucoup de soins, pour réduire à une valeur minimale le poids et la résistance du tronçon de tête et du tronçon de col, il est avantageux d'utiliser un organe de fixation qui est sensible au couple de manière à pouvoir être mis en place pour un couple quel- conque maximal mais pas pour un couple supérieur à ce dernier. On obtient alors un dispositif de fixation présentant les particularités optimales. L'organe de fixation préféré que l'on peut utiliser à cet effet est le collier dénommé commercialement "Hi-Lok" fabriqué par la Société dite: HiShear Corporation, Torrance, Californie, Etats-Unis d'Amérique Ce collier fait l'objet du brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 390 906 qui est incorporé à la présente description, du fait qu'il décrit un tel collier Cependant, pour plus-de détails concernant ce collier, il est possible de se référer à ce brevet. Le collier 40 comprend essentiellement un écrou 41, un tronçon d'entraînement 42, contre lequel doit porter un outil fournissant un couple destiné à entraîner ledit tron- çon, et un tronçon de cisaillement 43 qui est destiné à se briser lors de l'application d'un couple prédéterminé. Le tronçon d'entraînement tombe alors et laisse l'écrou serré sur la tige avec un couple appliqué correct et qui charge préalablement selon la direction axiale et de façon correcte le dispositif de fixation selon l'invention. 6- L'écrou comprend un contre-perçage 44 qui reçoit et permet le dégagement du tronçon de transition ainsi que de toute partie de la queue qui pourrait faire saillie par rapport à la seconde face extérieure, peutêtre à la suite d'un dépassement des tolérances dimensionnelles prévues pour l'empilage. Le dispositif de fixation qui est représenté sur les figures 1 à 3 est mis en place par l'application d'un couple, mais il est également possible d'installer le dispositif de fixation selon l'invention au moyen d'une opération de repoussage ou de refoulement du métal. Par exemple, en se référant à la figure 4, une tige 50 comporte un tronçon de tête (non représenté) comme représenté sur la figure 1 ou la figure 5, un tronçon de queue 51, un tronçon de transition 52 et un tronçon de col 53 Au lieu du filetage hélicoïdal normal qui est re- présenté sur la figure 1, ladite tige comporte une série de gorges périphériques 54 dont chacune est située dans son propre plan respectif qui est normal à l'axe de symétrie 55. Les diamètres des sommets augmentent au fur et à mesure que les gorges progressent en direction du col ou de la se- conde extrémité de la tige Les fonds des gorges peuvent tous présenter de façon convenable le même diamètre mais peuvent également augmenter si ce-la est préféré. Un filetage hélicoïdal présentant un diamètre de sommet croissant pourrait également être utilisé au lieu des gorges représentées. Un collier 60 se présentant sous la forme d'un anneau est destiné à être repoussé sur les gorges, par exem- ple par martelage Ce collier est constitué par un métal ductile qui est déplacé par un outil de repoussage évasé 61, ce dernier étant entraîné de force vers la gauche de la figure 4, à partir de la position qui est représentée au-dessous de l'axe, de manière à presser le collier contre* la seconde face extérieure et à déterminer le déplacement de la matière dans les gorges Lorsque le diamètre de som- met augmente, il est possible d'exercer une charge préalable axiale accrue sur la tige, comme cela est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NI 2 955 505, qui n'est indiqué dans la présente description qu'à titre de référence. Lorsqu'on utilise une gorge hélicoïdale, même si le diamètre de sommet augmente, le collier préalablement mis en place peut ensuite être enlevé en le faisant tourner, simplement en exerçant une force suffisante pour que le filetage déplace la matière du collier pendant sa rotation. Pour réduire à une valeur minimale le poids de la tige, les résistances longitudinales inhérentes au la tronçon de tête et à la gorge périphérique sont rendues sensiblement égales et il n'est pas possible d'indiquer quelle partie présentera la première rupture Egalement, cette résistance est choisie de manière à présenter la va- leur la moins nécessaire pour résister aux forces longitu- dinales qui sont déterminées par une flexion du dispositif de fixation De telles valeurs peuvent être facilement 'cal- culées par les spécialistes de ces techniques, mais il est évident que seuls sont nécessaires un tronçon de tête très petit et un tronçon de col très petit Cette particu- larité permet de réduire le poids de certaines tiges courtes selon une valeur atteignant 20 % par comparaison avec les tiges conçues de façon classique. Compte tenu du changement de dimension qui est relativement abrupt et marqué, le durcissement à l'outil du tronçon intermédiaire présente une grande importance et permet de résister aux forces de fatigue au niveau de cette jonction critique. Un filetage obtenu par une opération du type roulage présente l'avantage supplémentaire d'un durcissement à l'outil et permet d'obtenir la même résistance avec un tronçon de col plus petit. Le diamètre de la queue est également déterminé au moment de la conception Il est choisi de manière à ré- sister à une force de cisaillement prédéterminée. La tige peut être constituée par un matériau métallique convenable quelconque Des alliages d'aluminium et des alliages de titane constituent des exemples utiles. On préfère généralement un matériau durci à l'outil. Ainsi, la présente invention permet de réaliser une tige équilibrée qui présente seulement les résistances nécessaires pour chacune de ses diverses fonctions et qui, par conséquent, peut être rendue plus légère en poids que les organes de fixation classiques Par conséquent, le dispositif de fixation qui en résulte est également plus léger tout en présentant les particularités de structure qui sont nécessaires. Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et qu'on pourra y apporter toute modi- fication utile, notamment dans le domaine des équivalences techniques, sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 Tige métallique équilibrée, pour dispositif de fixation à fluage et cisaillement, du type comportant des première et seconde extrémités et un axe de symétrie ( 30) et formant un organe de fixation, tige caractérisée par le fait qu'elle comprend un tronçon de tête ( 21), un tronçon de queue cylindrique ( 22), un tronçon de transition ( 23), un tronçon de col ( 24) et une gorge périphérique ( 27) ménagée sur le tronçon de col, lesdits tronçons étant coaxiaux les uns par rapport aux autres et étant disposés dans l'or- dre indiqué à partir de la première extrémité, le tronçon de tête et la gorge périphérique présentant des résistances inhérentes respectives de manière à résister aux forces de traction longitudinales, et le tronçon de queue cylindri- que présentant une résistance inhérente respective de ma- nière à résister aux forces de cisaillement latérales, le tronçon de queue cylindrique présentant un diamètre détermi- né et les tronçons de tête et de col présentant des dimen- sions latérales respectives, le diamètre étant plus petit que toutes les dimensions latérales du tronçon de tête et plus grand que toutes les dimensions latérales du tronçon de col et de la gorge périphérique, le tronçon de transition réduisant les dimensions latérales de la tige entre le tron- çon de queue cylindrique et le tronçon de col et comprenant un épaulement ( 25) contigu au tronçon de queue cylindrique et un tronçon intermédiaire non fileté ( 26) contigu au tron- çon de col, la tige étant constituée par un matériau qui peut être durci à l'outil et le tronçon intermédiaire étant durci à l'outil de manière à mieux résister aux forces de fatigue, les résistances inhérentes du tronçon de tête et de la gorge périphérique étant sensiblement égales et juste suffisantes pour résister aux forces de traction longitu- dinales exercées par flexion du dispositif de fixation à fluageet cisaillement, et la résistance inhérente du tron- çon de queue cylindrique étant suffisante pour résister aux forces de cisaillement s'exerçant dans ledit dispositif de fixation à fluage et cisaillement. 2 Tige suivant la revendication 1, caractéri- ' sée par le fait que les résistances inhérentes du tronçon de tête et de la gorge périphérique sont suffisamment pro- ches pour que l'on ne puisse déterminer celui qui présentera la première rupture sous l'effet des forces de traction. 3 Tige suivant la revendication 1, caracté- risée par le fait que la gorge périphérique est constituée par un filetage hélicoïdal qui est réalisé sur le tronçon de col, notamment par roulage. 4 Tige suivant la revendication 1, caractéri- sée par le fait que la gorge périphérique est constituée par un filetage présentant un diamètre de sommet qui aug- mente au fur et à mesure que le filetage s'écarte de la première extrémité. Tige suivant la revendication 4, caractéri- sée par le fait que le filetage présente un diamètre de fond qui est constant pour une partie de la longueur axiale du filetage. 6 Tige suivant la revendication 1, caractéri- sée par le fait que la gorge périphérique est constituée par au moins une gorge annulaire continue. 7 Tige suivant la revendication 1, caractéri- sée par le fait que le tronçon de tête est constitué par une tête destinée à être noyée. 8 Tige suivant la revendication 1, caractéri- sée par le fait que le tronçon de tête est constitué par une tête destinée à faire saillie. 9 Tige suivant la revendication 1, caractéri- sée par le fait que le tronçon de transition entre l'épau- lement et le tronçon intermédiaire est sensiblement normal à l'axe. Tige suivant la revendication 1, caractéri- sée par le fait que le tronçon de transition entre l'épau- lement et le tronçon intermédiaire est constitué par une surface de révolution qui est disposée selon un angle non perpendiculaire à l'axe. 11 Tige suivant la revendication 1, caractéri- sée par le fait que la gorge est constituée par un filetage qui est réalisé par roulage sur le tronçon de col, le tron- 1 l çon intermédiaire étant durci à l'outil, notamment une molette 12 Tige suivant la revendication 11, caracté- risée par le fait que le métal déplacé par le durcissement à l'outil effectue un fluage pour atteindre des emplacements du tronçon de transition et du tronçon de col qui ne sont pas en contact avec un élément métallique ni avec un organe de fixation formant le dispositif de fixation avec ladite tige. 13 Dispositif de fixation à fluage et cisail- lement comprenant une tige suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait qu'il com- prend un organe de fixation destiné à être fixé sur ladite tige. 14 Dispositif suivant la revendication 13, caractérisé par le fait que l'organe de fixation est un collier. Dispositif suivant la revendication 14, caractérisé par le fait que la gorge de la tige est un fi- letage hélicoïdal et que le collier comporte un écrou ta- raudé. 16 Dispositif suivant la revendication 15, caractérisé par le fait que le collier comprend un moyen d'entraînement destiné à appliquer un couple à l'écrou, ce moyen d'entraînement pouvant être séparé lors de l'appli- cation d'un couple prédéterminé. 17 Dispositif suivant la revendication 16, caractérisé par le fait qu'un tronçon de cisaillement est relié au tronçon d'entraînement de l'écrou de manière à se rompre pour le couple prédéterminé et à libérer le tronçon d'entraînement par rapport à l'écrou. 18 Dispositif suivant la revendication 15, caractérisé par le fait que le filetage présente un diamètre de sommet qui augmente au fur et à mesure que le filetage s'écarte de la première extrémité. 19 Dispositif suivant la revendication 14, caractérisé par le fait que le collier est déformable par refoulement du métal dans la gorge périphérique, notamment par repoussage. Dispositif suivant la revendication 19, caractérisé par le fait que la gorge est un filetage qui présente un diamètre de sommet qui augmente au fur et à mesure que le filetage s'écarte de la première extrémité. 21 Dispositif de fixation à fluage et cisail- lement pour deux ou plusieurs pièces métalliques comportant des trous débouchant alignés, une première face extérieure sur l'une des pièces et une seconde face extérieure sur une autre pièce, et comprenant une tige suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 12, dispositif caractérisé par le fait que la tige traverse les trous de manière que sa tête porte contre la première face extérieure et que son col fasse saillie par rapport à la seconde face extérieure, le dispositif comprenant un collier qui est fixé au filetage de la tige et qui porte contre la seconde face extérieure, ce collier exerçant, avec le tronçon de tête de la tige, une force de traction longitudinale dans la tige, le tronçon de queue cylindrique s'adaptant aux trous de manière à résister aux forces de cisaillement s'exerçant entre les pièces. 22 Dispositif suivant la revendication 21, caractérisé par le fait que le tronçon de queue cylindrique est emmanché à force dans les trous. 23 Dispositif suivant la revendication 21, caractérisé par le fait que le collier comprend un moyen d'entraînement destiné à appliquer un couple à l'écrou, ce moyen d'entraînement pouvant être séparé lors de l'appli- cation d'un couple prédéterminé et étant éliminé à la suite de l'application de ce couple. 24 Dispositif suivant la revendication 21, caractérisé par le fait que le collier a subi un refoule- ment du métal dans la gorge, notamment par repoussage. Dispositif suivant la revendication 21, caractérisé par le fait que la gorge est constituée par un filetage qui est réalisé au niveau du tronçon de col, notamment par roulage, le tronçon intermédiaire de la tige étant durci à l'outil, notamment à la molette, et le métal déplacé par le durcissement à l'outil ayant flué dans des emplacements du tronçon de transition et du tronçon de col qui ne sont pas en contact avec les pièces ni avec le collier.