Brevet FR2563588A1 — publié le 19851031

DISPOSITIF DE FIXATION IMPERDABLE ET PARTIE CONSTITUTIVE L'invention concerne un dispositif de fixa- tion du type imperdable comportant une rétention de sécurité apte à éviter un dégagement accidentel du dispositif par rap- port au trou de l'assemblage; l'invention s'étend à une bague annulaire constituant une des parties constitutives du dispo- sitif. L'invention s'applique à des dispositifs du type boulons, vis, axes,... comprenant un organe doté d'une tige généralement cylindrique; elle vise plus particulièrement des dispositifs dont l'organe est doté à une extrémité d'un fi- letage en vue de la mise en place d'un ecrou ou d'un système d'écrous; toutefois elle peut également s'appliquer à des or- ganes non dotés de filetage. Dans certains secteurs techniques et en particulier dans le domaine aéronautique, il est essentiel de prévoir sur les boulons des sécurités évitant un dégagement du boulon par rapport au trou de l'assemblage en cas de desserra- ge accidentel du système d'écrous notamment sous l'effet de vibrations. Ainsi, dans le brevet FR n0 1 506 796, il est dé- crit un boulon doté à la base de son filetage d'une gorge dans laquelle est insérée une bague annulaire à base cylindrique, fendue transversalement pour lui conférer une faculté de défor- mation élastique dans le sens circonférentiel. (Dans tout ce qui suit, le terme "transversal" se réfère à la bague et non à l'organe qui la porte). La figure 1 des dessins annexés illustre un des dispositifs de ce type, qui est actuellement le plus couramment utilisé en aéronautique; la figure 2 est une coupe de détail de ce dispositif connu. La bague se présente sous la forme d'un anneau de section pleine et de base cylindrique, qui est agencé dans la gorge du boulon, de façon à pouvoir, dans un état de repos, venir en saillie par rapport à la sur- face de la tige et, dans un état comprimé, se trouver effacé à l'intérieur de la gorge. Ainsi, une telle bague autorise la mise en place du boulon dans le trou de l'assemblage, en exer- çant sur le boulon une force de pénétration qui provoque, par compression radiale dans le trou, une rétraction de la bague à l'intérieur de sa gorge. Une fois le trou traversé, la bague revient au repos par le jeu de son élasticité circonférentiel- le et assure la tétention du boulon dans le trou. A titre d'illustration, aux figures 1 et 2 on a représenté en traits pleins la bague à l'état de repos en supposant qu'elle reposait sur le fond de la gorge par la gé- nératrice supérieure gs de sa base cylindrique (sa génératrice inférieure opposée gi étant donc celle qui se trouve la plus éloignée du fond); par ailleurs on a représenté en traits dis- continus à la figure 2 la position de la bague à l'état compri- mé. Pour autoriser un effacement complet de la bague dans sa gorge, on conçoit que la distance -a- qui sépare la génératrice gi et le fond de la gorge doit être supérieure à la hauteur -b- de la section de la bague; pour une bague donnée, cette distance -a- ne peut donc pas être réduite à vo- lonté par le fabricant. Dans ces conditions, il n'est pas possible de concilier deux impératifs techniques souhaités par les cons- tructeurs aéronautiques: d'une part, ménager une gorge de profon- deur -c- aussi réduite que possible afin de ne pas amoindrir la résistance du boulon à ce niveau (qui est proportionnelle au carré du diamètre de la partie pleine), À d'autre part, écarter les risques d'ar- rachement de la bague lors de l'introduction dans le trou ou lors de l'extraction de celui-ci, ce qui implique que les bords latéraux dl de celle-ci soient logés à l'intérieur de la gorge sur toute la périphérie de la bague afin que lesdits bords ne viennent pas buter et s'accrocher contre les bords du trou lors de cette introduction ou de cette extraction. Comme l'illustre la figure 2, si pour rem- plir la première condition, on réalise une gorge de faible profondeur -c(inférieure ou de l'ordre de la distance -a-), les bords dl viennent nécessairement en saillie à l'extérieur de la bague sur certaines parties de son pourtour et la deuxiè- me condition n'est pas remplie; si au contraire, pour remplir lde bounlon gel, la seconde condition, on réalise une gorge plus profonde,a diametre (profondeur -c'- en pointillés à la figure 2), on amoindrit la résistance mécanique au niveau de la gorge par rapport à la résistance des autres parties de la tige. La première condition est essentielle sur la plan de la résistance de l'assemblage; en effet, notamment dans le cas de boulons filetés, les ruptures interviennent le plus fréquemment au voisinage de l'orifice du trou à la base du filetage; c'est précisément à cet emplacement que se trouve la gorge et toute réduction de résistance à ce niveau est extrême- ment préjudiciable à la résistance mécanique de l'assemblage. La seconde condition est importante car les risques d'arrachement de la bague conduisent, en premier lieu, à des pertes de temps lors de l'introduction des boulons et, également, à une diminution de la sécurité puisqu'un pourcenta- ge non négligeable de boulons se trouve dépourvu de bagues a- près quelques utilisations et que ce défaut peut passer inaper- çu pour certains d'entre eux. Par ailleurs, l'on a pu constater que la force de rétention développée par ces bagues connues est for- tement décroissante en fonction du nombre d'introductions et d'extractions; ainsi une bague du type de celle représentée aux figures 1 et 2, donnant une force de rétention de l'ordre de 8 kg.f lors de la première utilisation, ne fournit plus qu'une force de l'ordre de 2,5 kg.f après 100 essais. Cette dé- rive est un défaut grave en pratique dans le domaine aéronau- tique puisqu'elle conduit à une incertitude sur l'efficacité réelle des bagues en place. En outre, la force d'introduction neces- saire pour mettre en place ces bagues connues lors des premiè- res utilisations (de l'ordre de 8 kg.f) est généralement con- sidérée comme trop élevée par les constructeurs aéronautiques et une force de l'ordre de 3 à 4 kg.f semblerait constituer un meilleur compromis permettant d'obtenir à la fois une bonne rétention et des conditions de mise en place satisfaisantes. La présente invention se propose de remé- dier aux défauts sus-évoqués des dispositifs connus. Un objectif de l'invention est en particu- lier d'écarter les risques d'arrachement de la bague lors des introductions ou extractions, sans pour autant devoir accroître la profondeur de la gorge dans laquelle ladite bague est logée. Un autre objectif de l'invention est de ré- duire considérablement les variations de la force de rétention et/ou de la force de pénétration au cours des utilisations suc- cessives. Un autre objectif est de fournir un dispo- sitif susceptible d'être ajusté de sorte que la force de péné- tration soit inférieure à celle des dispositifs connus et en particulier d'un ordre de grandeur de 2 à 4 kg.f. Un autre objectif de l'invention est d'au- toriser un gain de poids notable, ce qui est particulièrement intéressant dans le domaine aéronautique. A cet effet, le dispositif de fixation im- perdable visé par l'invention est du type comprenant, d'une part, un organe doté d'une tige sur laquelle est ménagée une gorge annulaire, d'autre part, une bague, fendue transversale- ment pour lui conférer une faculté de déformation élastique dans le sens circonférentiel et logée dans la gorge précitée de façon, dans un état de repos, en venir en saillie par rapport à la surface de la tige et, dans un état comprimé, à se trou- ver effacée à l'intérieur de la gorge; selon la présente in- vention, ledit dispositif est caractérisé en ce que: - la bague possède une section transversa- le ayant une faculté de déformation élastique en vue de pouvoir subir un allongement transversal et une contraction radiale lorsque la bague est comprimée, - ladite bague est logée dans la gorge avec un jeu latéral apte à permettre à sa section transversale de se déformer librement lorsqu'elle est comprimée entre son état de repos et son état comprimé. La bague peut en particulier présenter une section transversale évidée dans sa partie située en regard du fond de la gorge, de sorte que l'épaisseur du matériau consti- tutif de-ladite bague soit inférieure à la hauteur de sa sec- tion. Selon un mode de réalisation préférentiel, la bague est formée d'une épaisseur -e- de matériau très appro- ximativement constante sur la majeure partie de sa section transversale, ladite section transversale possédant une partie médiane prolongée, de part et d'autre, par des ailes inclinées vers le fond de la gorge. Ainsi, le dispositif de l'invention est doté d'une bague présentant une double élasticité: d'une part, comme dans les dispositifs connus, une élasticité circonférentielle d'ensemble, autorisée par sa fente transversale, d'autre part, une élasticité propre de sa section transversale qui est apte à se déformer et à subir un allongement transversal et une contraction radiale lorsqu'- elle est comprimée. Comme on le comprendra mieux plus loin, cette double élasticité permet d'associer les résultats et a- vantages suivants: suppression des risques d'arrachement, tout en ayant la possibilité de diminuer la profondeur de la gorge, force de rétention ne subissant que de faibles variations au cours des introductions successives, force d'introduction moins de la baaue/ élevée, allègement/dans le cas préférentiel de la section trans- versale évidée. L'invention s'applique en particulier à des organes possédant à l'extrémité de leur tige un filetage pour la mise en place d'un écrou ou d'un système d'écrou; la gorge annulaire est située au voisinage de la base de ce filetage, lequel peut le cas échéant comporter sur sa portion extrême un perçage diamétral pour la mise en place d'une goupille four- nissant une sécurité supplémentaire. D'autres caractéristiques de l'invention se dégageront de la description qui suit en référence aux des- sins annexés qui en présentent un mode de réalisation préfé- rentiel et des variantes; sur ces dessins: - les figures 1 et 2, déjà commentées, illustrent un dispositif de fixation de type connu, - la figure 3 est une vue de profil, avec coupe partielle, d'un dispositif de fixation conforme à l'in- vention, - la figure 4 représente un détail de la figure 3 à échelle dilatée, *- -les figures 5 et 6 sont des vues d'une bague conforme à l'invention, respectivement en coupe par un plan AA' et par un plan BB', la figure 7 est un schéma illustrant le dispositif en cours de mise en place, - les figures 8, 9 et 10 sont des vues en coupe de variantes de bagues. (I1 est rappelé que le terme "transversal" se réfère à la bague, c'est-àdire à une section par un plan contenant l'axe autour duquel ladite bague s'étend). Le dispositif de fixation représenté à ti- tre d'exemple aux figures 3 et 4 comprend un boulon 1 composé d'une tige cylindrique la, d'une tête lb et, à l'extrémité op- posée, d'un filetage lc muni le cas échéant d'un perçage pour la mise en place d'une goupille. A la base du filetage lc, le boulon compor- comprenant te une gorge annulaire 2 de section rectangulaire,/un fond cy- lindrique 2a bordé par des faces planes 2b; cette gorge peut être réalisée par décolletage. Cette gorge est équipée d'une bague annu- laire 3 qui est représentée à la figure 5 en coupe axiale par un plan perpendiculaire à l'axe du boulon et à la figure 6 en coupe transversale par un plan orthogonal au précédent. La bague annulaire 3 est formée d'une é- paisseur -e- sensiblement constante, d'un matériau ayant une élasticité propre, en particulier acier inoxydable "Z6 Cu N 17.04" elle peut le cas échéant être réalisée en d'autres matériaux (matières synthétiques, élastomères...). Cette bague possède une partie médiane de forme cylindrique 4 qui s'étend parallèlement à son axe XX' et deux ailes identiques 5 et 6 inclinées vers cet axe et de for- me tronconique. Sa section transversale présente donc, comme l'illustre la figure 4, une partie évidée située en regard du fond 2a de la gorge 2 (la hauteur -h- de ladite section trans- versale étant très supérieure à l'épaisseur de matériau -e-). Cette forme confère à la section transver- sale de la bague une faculté de déformation élastique (dans le sens des flèches f de la figure 4), rendant ladite section ap- te à subir, sous l'effet d'une compression centripète, un al- longement transversal (dans une direction parallèle à XX') et une contraction radiale réduisant la hauteur -h- de ladite section à une valeur inférieure -h'-. De plus, la bague 3 est dotée en une zone de sa périphérie d'une fente transversale 7 qui lui confère une faculté de déformation élastique dans le sens circonférentiel. Les deux ailes 5 et 6 de la bague sont en particulier inclinées par rapport à la partie médiane 4, d'un angle compris entre environ 20 et 40 , notamment de l'or- dre de 30 . Chaque aile se raccorde à la partie médiane, au niveau de la surface externe de la bague, par un arrondi tel que 8. Les ailes 5 et 6 possèdent chacune un chant d'extrémité comportant, latéralement, une face frontale plane 9 et, intérieurement, une face cylindrique 10. Lorsque la bague se trouve à l'état de repos (non comprimé), ses faces frontales 9 sont situées dans des plans orthogonaux à l'axe XX' et les faces cylindriques 10 sont axées sur cet axe. La bague 3 et la gorge 2 sont dimensionnées l'une par rapport à l'autre, de sorte que pour l'état de repos de la bague: les chants d'extrémité des ailes 5 et 6, et en particulier leur face plane 9, se trouvent entièrement situés à l'intérieur de la gorge sur toute la périphérie de la bague (diamètre dB au niveau-des chants d'extrémité inférieur ou égal au diamètre DT de la tige de boulon), la partie médiane 4 fasse saillie de la- dite gorge sur au moins un secteur de sa périphérie (diamètre externe DB de la partie médiane de la bague supérieur au dia- mètre DT de la tige du boulon), - la bague soit logée dans la gorge avec un jeu latéral total -j- apte à permettre à sa section transver- sale de se déformer librement lorsqu'elle est comprimée. De plus, la profondeur de la gorge est pré- vue pour autoriser un effacement total de la bague à l'inté- rieur de celle-ci, lorsqu'un effort de compression radial est appliqué à la bague; cet effort entraîne sous l'effet de la double élasticité de la bague, d'une part, une contraction diamétrale de celle-ci (élasticité circonférentielle), d'autre part, une contraction radiale de sa section (élasticité propre de la section transversale). Dans ces conditions, la profondeur minima- le nécessaire de la gorge 2 est notablement réduite par rapport à celle exigée par les bagues classiques telles que schémati- sées aux figures 1 et 2, et ce, malgré une insertion totale à l'état de repos des chants d'extrémité 9 et 10 à l'intérieur de la gorge 2. La double élasticité de la bague autorise en effet une contraction radiale plus importante pour la partie médiane 4, que pour les ailes latérales 5 et 6. La bague 3 peut être réalisée par tout pro- cédé connu: décolletage dans la masse,-roulage à partir d'un profilé extrudé, etc...; elle est mise en place dans la gorge grâce à une expansion autorisée par son élasticité. Afin de fixer des ordres de grandeurs, sont fournis ci-après à titre non limitatif les paramètres dimen- sionnels du dispositif représenté. La tige des boulons couramment utilisés en aéronautique présente un diamètre DT compris entre environ 4 et 20 mm; la gorge peut présenter une largeur -1- comprise entre environ 2 et 4 mm et une profondeur -pcomprise entre environ 0,3 et 1,5 mm. A l'état de repos, la hauteur -h- de la section de la bague peut être comprise entre environ 0,3 et 1,5 mm; la largeur de la bague est prévue de sorte que le jeu latéral total -j- entre ladite bague et la gorge soit sensible- ment compris entre l/10 mm et 3/10 mm. L'épaisseur -e- de la bague peut être comprise entre 1,5/10 et 4/10 mm. La figure 7 illustre la mise en place du dispositif dans le trou d'un assemblage. On a pu-constater que la force de pénétration Fp nécessaire pour comprimer une bague du type sus-évoqué entre son état de repos et un état comprimé dans lequel elle se trouve effacée dans la gorge 2, est de l'ordre de 3 à 4 kg.f. Des essais successifs effectués sur des bagues de ce type ont fourni une force de pénétration égale à 3,8 kg.f lors de la première pénétration et à 3,4 kg.f lors de la 100e. Ainsi la force de pénétration est inférieure à celle des dispositifs classiques et peut être aisément ajustée dans la plage souhaitée dans le domaine aéronautique. De plus, cette force et la force de rétention qui lui est égale ne subissent que de faibles variations au cours des utilisations successi- ves. Les figures 8, 9 et 10 présentent en coupe partielle des variantes de formes de bague à section évidée. Toutes ces bagues sont fendues transversalement et disposées dans la gorge du boulon de façon analogue à celle décrite pré- cédemment. La bague représentée à la figure 8 est for- mée de deux ailes tronconiques telles que 11, inclinées vers o10 l'axe de la bague; ces deux ailes se raccordent entre elles par un arrondi au niveau de la surface externe. La bague représentée à la figure 9 présente une section 12 en forme de secteur de couronne; cette couron- ne peut être bordée par des cercles ou par d'autres courbes. La bague représentée à la figure 10 est si- milaire à celle des figures 3 à 6, mais comporte deux jambes supplémentaires telles que 13, raccordées à l'extrémité des ailes. Ces jambes forment un retour élastique vers l'intérieur et leur chant d'extrémité 13a est cylindrique. REVENDICATIONS 1/ - Dispositif de fixation imperdable, du type comprenant, d'une part, un organe (1) doté d'une tige (la) sur laquelle est ménagée une gorge annulaire (2), d'autre part, une bague (3), fendue transversalement (7) pour lui conférer une faculté de déformation élastique dans le sens circonféren- tiel et logée dans la gorge (2) précitée de façon, dans un état de repos, à venir en saillie par rapport à la surface de la ti- ge et, dans un état comprimé, à se trouver effacée à l'inté- rieur de la gorge, ledit dispositif de fixation étant caracté- risé en ce que: - la bague (3) possède une section trans- versale ayant une faculté de déformation élastique en vue de pouvoir subir un allongement transversal et une contraction ra- diale lorsque la bague est comprimée, - ladite bague est logée dans la gorge (2) avec un jeu latéral (i) apte à permettre à sa section transver- sale de se déformer librement lorsqu'elle est comprimée entre son état de repos et son état comprimé. 2/ - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague (3) présente une section trans- versale évidée dans sa partie située en regard du fond (2a) de la gorge, de sorte que l'épaisseur (e) du matériau constitu- tif de ladite bague soit inférieure à la hauteur (h) de sa section. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bague (3) est formée d'une épaisseur -e- de matériau très approximativement constante sur la majeu- re partie de sa section transversale, ladite section transver- sale possédant une partie médiane (4) prolongée, de part et d'autre, par des ailes (5, 6) inclinées vers le fond (2a) de la gorge. 4/ - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bague (3) est agencée dans la gorge (2) de sorte que, à l'état de repos, ses ailes inclinées (5, 6) possèdent des chants d'extrémité situés à l'intérieur de la gorge sur toute la périphérie de la bague, la partie mé- diane (4) faisant saillie de ladite gorge sur au moins un sec- teur de sa périphérie. / - Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la qorae (2) présente une section transversale sen- siblement rectangulaire bordée par des faces planes (2b), ca- ractérisé en ce que chaque chant d'extrémité de la bague com- porte, latéralement, une face frontale plane (9) située en re- gard de la face plane correspondante (2b) de la gorge et, in- térieurement, une face cylindrique (10) située en regard du fond (2a) de la gorge. 6/ - Dispositif de fixation selon l'une des revendications 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que la bague (3) possède: une partie médiane (4) de forme cylindri- que ayant, à l'état de repos, un diamètre (DB) supérieur au B diamètre (DT) de la tige (la), deux ailes identiques (5, 6) prolongeant la partie médiane et de même épaisseur que celle-ci, chaque ai- le ayant une forme tronconique de diamètre (dB) au niveau des chants d'extrémité, inférieur ou égal au diamètre (DT) de la tige. 7/ - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux ailes (5, 6) de la bague sont inclinées par rapport à la partie médiane (4) d'un angle compris entre environ 20 et 40 . 8/ - Dispositif selon l'une des revendi- cations 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque aile (5, 6) se raccorde à la partie médiane (4), au niveau de la surface ex- terne de la bague, par un arrondi (8). 9/ - Dispositif selon l'une des revendica- tions 6, 7 ou 8, dans lequel la tige (la) présente un diamètre (DT) compris entre environ 4 et 20 mm et la gorge (2) une lar- geur (1) comprise entre environ 2 et' 4 mm et une profondeur (p) comprise entre environ 0,3 et 1,5 mm, caractérisé en ce que, à l'état de repos: 35. la hauteur (h) de la section de la ba- gue (3) est comprise entre environ 0,3 et 1,5 mm, le jeu latéral total (j) entre la bague et la gorge est sensiblement compris entre 1/10 mm et 3/10 mm. / - Dispositif selon l'une des revendi- cations 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que la bague (3) est réalisée en acier d'épaisseur (e) sensiblement compri- se entre 1,5/10 et 4/10 mm. 11/ - Dispositif selon l'une des revendi- cations précédentes, dans lequel l'organe (1) possède un file- tage (10) à l'extrémité de sa tige, la gorge annulaire (2) é- tant disposée au voisinage de la base de ce filetage. 12/ - Bague annulaire fendue transversale- ment, destinée à équiper un dispositif conforme à l'une des re- vendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle possède une section transversale ayant une faculté de déformation é- lastique en vue de pouvoir subir un allongement transversal et une contraction radiale lorsque la bague est comprimée. 13/ - Bague selon la revendication 12, pos- sédant une section transversale telle que définie aux revendi- cations 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9. 14/ - Bague selon l'une des revendications 12 ou 13, possédant une section transversale ayant sensible- ment la forme de celle représentée à la figure 4 des dessins.