Brevet FR2581720A1 — publié le 19861114

Ensemble de fixation prisonnier auto-retractable, permettant l'application d'une précontrainte réglée. La présente invention se rapporte à des ensem- bles de fixation et elle concerne, plus particulièrement, des ensembles auto-rétractables de cette catégorie, com- portant des composants préalablement emprisonnés et permettant l'application d'une précontrainte réglée, en entendant par précontrainte réglée une intensité prédé- terminée de force de serrage ou blocage exercée par un dispositif de fixation sur des structures accouplées. Les ensembles antérieurs connus auxquels se rattache la présente invention présentent différents inconvénients qui constituent une source de problèmes pour l'industrie, par exemple l'industrie aérospatiale. Ces problèmes ont souvent des conséquences sévères, sinon désastreuses, pour les utilisateurs. La mise au point de la présente invention résulte d'une tentative pour remédier aux inconvénients de l'art antérieur. Par exemple, l'un des problèmes des dispositifs à précontrain- te exercée par un ressort de compression consiste en une augmentation du couple du montage requis, en raison de la compression du ressort et de l'augmentation de la précontrainte. L'application de la présente invention aboutit à un couple de montage régulier uniforme. Un autre problème consiste en la détermination à vue de nez, avec les erreurs qui en résultent, du moment o la pré- contrainte correcte a été appliquée (si précontrainte correcte il y a). Ce problème est supprimé par la concep- tion du règlage de la déformation inhérent à l'invention, 258 1720 qui supprime la nécessité de mesures séparées des dispo- sitifs de l'art antérieur. De plus, alors que les dispo- sitifs antérieurs exigeaient l'assemblage par.l'utilisa- teur au lieu d'installation, la présente invention prévoit d'emprisonner préalablement les composants, ce qui garan- tit un assemblage précis, avant livraison, et une instal- lation fiable par l'utilisateur. On peut résumer l'invention en la définissant comme un agencement original de composants. aboutissant à un ensemble de fixation prisonnier, assurant une pré- contrainte réglée, auto-rétractable et emprisonnant préalablement les composants pour l'utilisateur. On utilise une longueur de boulon prédéterminée, le ressort rétracteur étant isolé du mécanisme de précontrainte à ressort. Un écrou de blocage amovible, destiné à retenir l'ensemble monté dans une structure et à assurer le réglage de la déformation est bloqué fermement par serrage sur le boulon en cours d'utilisation. Ces aspects, ainsi que d'autres aspects-de l'invention, vont être décrits plus complètement au cours de la description qui va suivre. Sur le dessin annexé:, la figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 2 est une vue éclatée en perspective du mode de réalisation représenté sur la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe d'une partie du mode de réalisation, de façon générale suivant la ligne 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe à échelle agrandie d'une partie de la présente invention, d'une façon générale suivant la ligne 4-4 de la figure 2, et d'une broche d'attaque; la figure 5 est une vue en élévation et en coupe partielle à échelle agrandie d'une partie de la présente invention, une fois que les composants sont prisonniers; la figure 6 est une vue en plan-de dessous de la représentation de la figure 5; la figure 7 est une vue en élévation et en coupe du mode de réalisation, tel qu'il apparaîtrait monté et entièrement rétracté, sans établissement d'une précontrainte; la figure 8 est une vue en élévation et en coupe du mode de réalisation, tel qu'il apparaîtrait sous l'effet d'une précontrainte; la figure 9 est une vue à échelle agrandie, en élévation et en coupe d'une partie du mode de réalisation représenté sur la figure 8. En se référant aux figures 1 à 4, on va décrire les composants d'un mode de réalisation préféré de la présente invention. La figure 1 représente ce mode de réalisation, après son assemblage final, lorsqu'il est prêt à être livré au client. Cette vue montre que tous les composants de l'ensemble sont, à l'exception de l'écrou de blocage, prisonniers, avant livraison à l'uti- lisateur aux fins d'installation. Un écrou de blocage est fixé de façon amovible pour éviter toute perte ou séparation au cours du trans- port. Les différents autres composants comprennent un organe de fixation, un ressort retracteur, un logement pour ce ressort rétracteur, une pluralité de ressorts à disques, et une paire de rondelles plates. L'organe de fixation 20, soit un boulon dans le présent mode de réalisation, comporte une section ou tête supérieure 21. On choisit une tête hexagonale avec une surface inférieure ou de fond et un évidement de section hexagonale 22. La configuration de la tête ne se limite cependant à aucune conception particulière. Une section de tige 24 s'étend sur une distance prédéterminée au-dessus de la tête 21; elle présente un diamètre extérieur prédéterminé, permet- tant de superposer certains des autres composants sur le boulon, suivant la longueur de la section de tige 24. Ce diamètre extérieur prédéterminé est surdimensionné (sur- diamétrage) par rapport à l'extrémité inférieure du boulon, et il forme ainsi un épaulement sur le boulon. A l'extrémité inférieure 25 du boulon 20, on prévoit un filetage. Un petite pastille de blocage 26 en nylon, de type classique, est prévue à un emplacement de l'extrémité filetée 25 du boulon proche de l'extrémité inférieure ou épaulement de la paroi extérieure de la section de tige 24. C'est un type de mécanisme de blocage préféré, mais on peut aussi utiliser d'autres types convenant tout aussi bien, au lieu d'une pastille de blocage. Les autres composants sont placés sur la sec- tion de tige du boulon de la façon suivante. Une rondelle plate 30 est placée juste au-dessous de la tête 21 du boulon. La rondelle 30 a un diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur du boulon. Un ressort rétracteur hélicoidal 31 et un logement ou godet 32 pour le ressort 31 suivent immédiatement sur la tige 24 du boulon. Le ressort 31 et le godet 32 sont réalisés de façon que, lorsque le ressort est comprimé, il rentre complètement dans la cavité intérieure 33 du godet et soit pratiquement isolé. Le ressort 31 est un article que l'on trouve facilement dans le commerce et il est rappelé élastiquement de façon à rétracter le boulon vers le haut ou dans une direction d'éloignement de la structure sous-jacente, comme l'indique la figure 7. Le godet 32 comporte une extrémité supérieure 34 ouverte, une surface de fond inférieure 35, une paroi extérieure 36, un alésage intérieur 33 traversant le godet, et un suralésage 37 s'étendant en continu dé l'extrémité supé- rieure 34 à une surface intérieure 38 située au-dessus de la surface inférieure 35. Le diamètre du suralésage est légèrement supérieur au diamètre extérieur du ressort 31 pour permettre de placer librement le ressort à l'intérieur du godet, sans obstacle (cf figure 3). La figure 2 montre que, juste au-dessous du godet de ressort 32, une pluralité de ressorts à disques ou rondelles ressort coniques 40 sont empilées les unes sur les autres. Ce type de mécanisme de ressort est appelé, de façon courante, empilement de rondelles Belleville. Le nombre de rondelles élastiques utilisées est déterminé par la précontrainte désirée et la déformation admissible pour l'ensemble installé. Des rondelles élastiques norma- lisées de ce type se trouvent facilement dans le commerce et procurent des caractéristiques de charge et déforma- tion prévisibles. On préfère des rondelles élastiques 40, du fait qu'elles assurent une application de pression uniforme pouvant être pratiquement maintenue, malgré la variation éventuelle de la tension du boulon, due à des phénomènes courants, tels que la dilation et la contrac- tion thermiques ou l'usure ordinaire des pièces. Les spécialistes de cette technique peuvent facilement déter- miner la disposition d'empilement particulière et le nombre de rondelles élastiques pour une application par- ticulière, en fonction de l'enveloppe dimensionnelle disponible et de la précontrainte désirée que doivent fournir les rondelles élastiques. Ainsi, il ne semble pas nécessaire de poursuivre l'examen du dimensionnement et du fonctionnement des rondelles élastiques 40, pour permettre à un spécialiste de mettre en oeuvre l'inven- tion. Juste au-dessous de la rondelle élastique située le plus bas, on trouve une seconde rondelle plate qui sert de surface d'appui et d'élément de retenue pour les rondelles élastiques 40. Enfin, un écrou de blocage 50 est fixé de façon amovible sur la section filetée inférieure 25 du boulon. L'écrou de blocage 50 comprend, comme le montre la figure 3, une section de corps tubulaire 51 comportant une surface supérieure 56 et une section fraisée supérieure 52 réalisée d'un seul tenant avec une section taraudée inférieure 53. A l'extré- mité inférieure de l'écrou de blocage 50, on prévoit une collerette 54. Deux évidements opposés 55 sont prévus sur la collerette 54 pour permettre à un outil de saisir l'écrou de blocage pour serrer à fond ledit écrou de blocage 50 sur la petite pastille de blocage de nylon 26 et en retirer l'écrou 50, lorsqu'on le désire. On a repré- senté l'outil dans sa position d'attaque de l'écrou de blocage sur la figure 3. Dans le mode de réalisation décrit, on utilise une clé hexagonale classique 76, avec une broche d'attaque 77 ajoutée pour atteindre l'écrou de blocage à l'intérieur de la structure 65. Les figures 4 et 5 représentent la façon dont les rondelles élastiques ou rondelles-ressort et les rondelles plates 30, 40, 45, le ressort rétracteur 31 et le godet de ressort 32 sont maintenus de façon permanente sur le boulon 20. L'épaulement ou extrémité 60 de la paroi extérieure lisse de la section de tige de boulon surdi- mensionnée est déformée extérieurement en une configura- tion- de marque de freinage par coups de pointeau, de n'importe quelle façon classique. Dans le mode de réali- sation préféré, cette zone 60 est freinée ou emboutie dans quatre zones séparées, de sorte que l'épaulement dépasse de la périphérie de la tige surdimensionnée en quatre zones séparées 61, 62, 63, 64. Ainsi, les composants sinon libres situés entre la tête 21 du boulon et la zone de freinage sont emprisonnés. Pour monter l'ensemble dans une première struc- ture 65, on suit une procédure simple. On retire l'écrou de blocage 50 du boulon 20. On insère l'extrémité filetée du boulon par un côté 67 de la structure 65, à travers un suralésage 66 formé dans la structure 65. On réinstalle alors l'écrou de blocage 50 sur la section terminale filetée 25 du boulon 20 par le côté opposé de la struc- ture 65, au-dessus de la pastille de blocage et serrage 26 et on le serre fermement sur elle. A ce moment, la surface supérieure 56 de l'écrou de blocage 50 est en contact direct avec l'épaulement 60 de la tige de boulon surdimensionnée. Il ressort de la figure 8 que, lorsque l'organe de fixation est dans un état complètement rétracté, la surface supérieure de la collerette 54 touche la base 68 du suralésage 66. L'invention assure ainsi l'emprisonne- ment sur la première structure 65, dans un état prêt à l'utilisation visée. On va examiner à présent le fonctionnement de l'ensemble selon l'invention. La figure 7 représente le mode de réalisation décrit, emprisonné dans une première structure 65 et prêt à fixer la première structure 65 à une structure sous-jacente 70. Le boulon est dans une position complètement rétractée, et il n'y a pas encore de précontrainte. Au moyen d'un outil approprié (non représenté), l'utilisateur fait tourner la tête de bou- lon, tout en exerçant simultanément une force axiale descendante sur l'ensemble. Le ressort rétracteur 31 est comprinédans son godet 32, tandis que la section-filetée sans précontrainte s'engage dans le taraudage de l'ouverture 71 préparée. La rondelle inférieure ou de retenue 45 qui touche la surface 67 de la première struc- ture permet au boulon de se déplacer librement par rapport aux rondelles élastiques 40. Tandis que la section file- tée 25 du boulon 20 s'engage dans l'ouverture 71 de la structure sousjacente, les rondelles élastiques 40 sont toutes initialement à leur longueur libre. Le boulon continue à s'engager dans l'ouverture 71 de la structure sous-jacente, ce qui provoque la déformation des rondelles élastiques 40, jusqu'à ce que la collerette 54 de l'écrou de blocage soit placée sur la surface 72 de la structure 258-1720 sous-jacente. La précontrainte désirée ne sera pas réali- sée par la compressionréglée des rondelles élastiques 40, avant que la collerette 54 de l'écrou de blocage soit en place. Lorsque la collerette de l'écrou de blocage est en place, l'installateur ressent la brusque résistance à la poursuite du serrage. Ainsi, la disposition des éléments fournit un arrêt forcé à l'utilisateur, lors de la mise en oeuvre de l'invention. Un spécialiste notera à présent facilement que, pour une application correcte de l'invention, certaines relations de hauteur sont importantes; on a mis au point une formule pour obtenir les relations de hauteur désirées, pour le mode de réalisation préféré. En se référant aux figures 7 et 8, cette formule est: A = B + C + D + E + F - G. A est défini comme la longueur du boulon, mesurée du dessous de la tête de boulon 21 au bas de l'épaulement ou de la zone de freinage 60. B est la distance de la surface d'appui au-dessous de la rondelle plate 45 à la surface 72 de la structure sous-jacente 70 sur laquelle la collerette de l'écrou de blocage est placée, une fois la précontrainte réalisée. C est la hauteur ou l'épais- seur de la rondelle plate 45. D représente la hauteur des rondelles élastiques empilées 40, lorsqu'elles sont soumises à précontrainte. E est la hauteur du godet (logement) 32 du ressort. F est la hauteur ou l'épaisseur de la rondelle plate 60. G est la hauteur de l'écrou de blocage 50. On peut, bien entendu, mettre au point d'autres formules pour calculer la longueur correcte du boulon, pour une mise en oeuvre efficace de l'invention. Il résulte clairement de ce qui précède que les caractéristiques distinctives de l'invention compren- nent l'emprisonnement préalable des différents composants, avant la livraison et l'installation; l'établissement d'une précontrainte uniforme à couple réduit pour obtenir la charge désirée; pas de nécessité d'outils de mesure -81720 séparés pour confirmer la précision de la précontrainte finale; un isolement du ressort rétracteur du mécanisme de précontrainte à ressort, et un écrou de blocage de retenue et une zone d'épaulement du boulon originales, ce qui supprime l'estimation à vue de nez impliquée par l'art antérieur, lorsqu'on devait fixer des éléments d'arrêt à un emplacement effectif. Le mode d'exécution décrit illustre une réali- sation de l'ensemble prisonnier auto-rétractable à précon- trainte réglée original selon l'invention. Il va de soi que d'autres modes d'exécution peuvent être envisages sans, pour cela, sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Ensemble de fixation prisonnier à précontrainte réglée, réalisé et agencé pour fixer une première struc- ture à une seconde structure sous-jacente, ledit ensem- ble de fixation étant caractérisé en ce qu'il comprend: - un organe de fixation (20) d'une longueur prédéterminée, comportant une extrémité supérieure, une extrémité inférieure, une tête (21.) située à cette ex- trémité supérieure et une section de tige (24) comportant une paroi extérieure proche de ladite extrémité supérieure et une section filetée proche de ladite extrémité infé- rieure (25), ladite paroi extérieure présentant un dia- mètre extérieur supérieur au diamètre extérieur de la- dite section filetée; - des moyens (40) situés entre lesdites extré- mités de l'organe de fixation et emprisonnés le long de la paroi extérieure de la section de tige, pour appliquer une précontrainte prédéterminée lorsqu'une première struc- ture est fixée à une seconde structure sous-jacente par ledit ensemble de fixation; et - des moyens d'arrêt sur ledit organe de fixa- tion pour positionner l'organe de fixation et les moyens d'application de la précontrainte suivant certaines re- lations de hauteurs par rapport à la structure et à la structure sous-jacente fixées l'une à l'autre, pour ob- tenir la précontrainte réglée désirée de ladite struc- ture et de la structure sous-jacente. 2. Ensemble de fixation prisonnier à précontrainte réglée autorétractable, conçu pour être installé dans une première structure et assurer la fixation avec une seconde structure sous-jacente, ledit ensemble de fixa- tion étant caractérisé en ce qu'il comprend: - un organe de fixation (20) d'une longueur prédéterminée, comportant une extrémité supérieure, une extrémité inférieure, une tête (21) à ladite extrémité supérieure et une section filetée au voisinage de ladite extrémité inférieure, ladite paroi extérieure ayant un diamètre supérieur au diamètre extérieur de ladite sec- tion filetée; - des moyens (40) situés entre lesdites extré- mités de l'organe de fixation et emprisonnés le long de la paroi extérieure de la section de tige, pour appliquer une précontrainte prédéterminée, lorsque ledit organe de fixation, installé dans une première structure, est fixé à une seconde structure sous-jacente; - des moyens (31) isolés des moyens d'applica- tion de la précontrainte, pour rappeler l'organe de fixa- tion dans un premier sens par rapport à la structure sous-jacente dans laquelle l'organe de fixation est ins- tallé, ces moyens de rappel étant emprisonnés sur ladite section de tige au voisinage de l'extrémité supérieure de l'organe de fixation; et - des moyens d'arrêt, situés sur la section de tige, pour positionner l'organe de fixation, les moyens d'application de la précontrainte et les moyens de rap- pel par rapport à une structure sous-jacente, pour y ap- pliquer une précontrainte réglée. 3. Ensemble de fixation selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'application de la précontrainte (40) comprennent une pluralité de rondelles élastiques ou rondelles-ressort empilées les unes sur les autres autour de la paroi extérieure de ladite section de tige. 4. Ensemble de fixation selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de fixation (20) comprend, en outre, une pluralité de saillies, formées d'un seul tenant avec la paroi extérieure de ladite section de tige, qui emprisonnent, avec ladite tête de boulon (21), les - moyens d'application de la précontrainte (40) et les moyens de rappel (31) sur ladite section de tige. 258 1720 5. Ensemble de fixation selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de fixation comprend, en outre, une section d'épaulement reliant ladite paroi ex- térieure et ladite section filetée, et en ce que les moyens d'arrêt comprennent un écrou de blocage amovible, susceptible de toucher ledit épaulement, lorsque ledit organe de fixation est rappelé dans ledit premier sens.