Brevet FR2597937A1 — publié le 19871030

Elément fileté utilisé comme insert La présente invention concerne un élément fileté permettant de former un alésage taraudé renforcé, par exemple, dans un matériau plastique, ou dans une pièce coulée en alliage de zinc ou d'aluminium. Des éléments filetés de ce type sont utilisés dans les automobiles, les appareils électriques domestiques et divers autres domaines industriels. Il arrive fréquemment qu'un boulon ne puisse être vissé directement, en étant serré de façon appropriée, dans un alésage taraudé dans un matériau plastique ou dans une pièce coulée en alliage de zinc ou d'aluminium, du fait de la résistance mécanique insuffisante, par comparaison avec l'acier et, de ce fait, le filetage interne ou filetage de l'alésage du matériau ou de la pièce risque de devenir inefficace ou d'être endommagé. Dans ce cas, on renforce avantageusement l'alésage taraudé par un élément fileté installé dans l'alésage. Un tel élément fileté est décrit dans le Brevet US n 3 200 691; il a la même forme à ses deux extrémités et peut ainsi avantageusement être installé dans les deux sens. Toutefois, lorsqu'il est installé dans un alésage dont le diamètre intérieur est quelque peu supérieur à un diamètre spécifié, la force empêchant l'insert d'être enlevé de l'alésage, appelée ci-après résistance à l'extraction, chute notablement, ce qui soulève un grave problème. C'est en conséquence le but principal de l'invention de pro- 25.!7937 curer un insert fileté qui, non seulement a la même forme à ses deux extrémités, pouvant ainsi avantageusement être installé dans les deux sens comme il est décrit dans le Brevet US n 3 200 691, mais qui ne présente pas l'inconvénient précité, à savoir que la résistance à l'extraction tombe brusquement dans le cas o le diamètre intérieur de l'alésage est seulement un petit peu plus grand que ce qui est spécifié. Ce problème a été résolu par la présente invention par le fait de la configuration en coupe transversale de l'élément fileté est une ligne fermée symétrique, constituée par des portions alternativement convexes et concaves également espacées sur la périphérie et que toute autre portion concave est remplacée par un arc circulaire centré sur l'axe de l'élément fileté, le rayon de cet arc étant un peu plus petit que la distance du centre au sommet de la courbure eonvexe. L'élément fileté, selon l'invention, peut être installé par vissage dans un alésage non taraudé précédemment formé dans un matériau ou dans une pièce, en présentant un plus grand accrochage par rapport à celui de la technique antérieure, ce qui contribue à améliorer la résistance à l'extraction de l'insert. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une réalisation préférée, en liaison avec le dessin joint sur lequel: - la figure 1 est une vue en élévation d'un élément fileté selon l'invention, représenté monté dans un alésage d'un matériau ou d'une pièce à raccorder; - la figure 2 est une vue en élévation frontale du même élément fileté, dont la moitié gauche est représentée en coupe transversale; - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un élément fileté antérieur; - la figure 4 est une vue en coupe transversale de l'élément fileté selon l'invention, à grande échelle; - la figure 5 est une comparaison de la section transversale d'un élément fileté de la technique antérieure et de l'élément fileté de la présente invention; - la figure 6 est une vue en coupe transversale prise selon la ligne 6-6 de la figure 1; - la figure 7 est une vue en coupe transversale prise selon la ligne 7-7 de la figure 6; - la figure 8 est une vue en coupe transversale prise selon la ligne 8-8 de la figure 6; et - la figure 9 est une vue en coupe transversale prise selon la ligne 9-9 de la figure 6. La figure 1 est une vue en coupe et en élévation d'une réalisation de l'élément fileté 20 selon l'invention, installé dans un alésage taraudé d'un matériau ou d'une pièce 22 à raccorder. Un élément fileté 20 selon l'invention, tenu sur un outil de montage par coopération entre le filetage interne 29 de l'élément avec le filetage externe de l'outil, comme représenté sur la figure 2, est vissé dans un alésage non taraudé 21 précédemment formé dans le matériau ou dans la pièce pour tarauder la surface de l'alésage 21 par le filetage externe 25 de l'élément fileté 20. Comme on le voit sur la figure 2, l'élément fileté a un filetage interne 29 de dimension standard centré sur l'axe de l'élément, des chanfreins internes 34,34' et des chanfreins externes 30,30' respectivement aux extrémités supérieure et inférieure, tous les chanfreins ayant la même forme. En se reportant à la figure 4, qui représente la coupe transversale de l'élément fileté 20 selon l'invention, on voit six rayons 1,3,5,7,9,11 d'une longueur R, passant par des sommets convexes opposés (R est le rayon maximal par rapport à l'axe de l'insert) et six rayons minimaux 2,4, 6,8,10,12, chacun passant par l'axe de l'élément fileté et le fond d'une courbure concave. Ici, chaque autre courbure concave représentée par une ligne en tirets dans la technique antérieure est remplacée par un arc circulaire dont le rayon R1 est légèrement plus petit ( à r) que le rayon maximal R. L'élément fileté selon l'invention, et présentant cette nouvelle configuration en coupe transversale, peut être installé en interférant légèrement avec la surface de l'alésage, nécessitant ainsi pratiquement le même couple que celui nécessaire dans la technique antérieure, mais il a une plus grande surface d'accrochage sur la paroi de l'alésage. En se reportant à la figure 5, montrant à grande échelle, environ une moitié de la coupe transversale d'un élément fileté, l'invention va être décrite plus complètement ci-après: Dans ce qui suit, les symboles utilisés pour la description sont énumérés avec leur définition. Par ailleurs, toutes les longueurs sont exprimées en millimètres et toutes les surfaces en millimètres carrés. R = 0C: rayon maximal depuis l'axe "O" de l'élément fileté jusqu'a un sommet "C" R1 = OD: rayon un peu plus court que R R3 = OA: rayon de l'alésage taraudé R3 = OA': rayon un peu plus long que R3 R4 = PA: rayon de la courbure convexe o(: no "' Xp, Avé i p: OA, ': 6P, P" = AO'P 0A,: =^' AEF: intersections des circonfrences de rayons R er4 A,E,F: intersections des circonférences de rayons R3 etR4 AI,',F:intersections des circonférences de rayons R 3 et R't C,H: intersections des circonférences de rayons R et R4 B,D,G: intersections des circonférences de rayons R et R4. La surface de la section transversale qui sert de surface d'accrochage de l'élément fileté antérieur sur la surface de l'alésage taraudé atteint six fois la surface ABCDE. Posons ABCDE = A1 S = 1/2 (R3 + R4 + R - R4) = 1/2 (R3 + R) S' = 1/2 (R1 + R4 + R - R4) = 1/2 (R1 + R) S" = 1/2 (R'3 + R4 + R - R4) = 1/2 (R'3 + R) p p O /IS sin c(/2 = / - (R - R4)] (S - R3) (R - R4) R3 (S V/ - - R3) (S - R1) sin, /2 = R3 R4 si ó'/2 = %/ [S' - ( R - R41 (S - R1) (R - R4) R1 sin /3'/2 = (S' - R1) (S' - R4) R1 R4 sin o""/2 = sin j"/2 = / Es" - (R - R4)] (S" - R'3) (R - R4) R' 3 S" - R' 3) (S" - R4) R'3 R4 s1 = S2 S3 = o S1 S2 S3 /V s (S_ R4) [s - (R - R4)] (. s' (S' - R4) [s' - (R - R4| 3 - R3) (S' - R1) / S" (S - R4) Lb" - (R - R4) (S" - R,3) : surface: surface du triangle AOP du triangle BOP : surface du triangle A'OP Il s'ensuit que: A1 = ir R2 W R4 x 2 ( f +) - ( x -2 S1) R2 20S l Comme décrit ci-dessus, dans la technique antérieure, c'est une surface égale à six fois A1 qui s'accroche sur la paroi de l'alésage. De même, la surface d'accrochage sur la paroi d'un alésage taraudé ayant un rayon un peu plus grand R3 est six fois la surface A'BCDE', exprimée par la formule suivante (on pose A1 = surface A'BCDE'): - 2 ( "+ A") A2 R4 x 360 36 0 2 2 o" - ( R'3 x- - 2 S3) A1 et A2 sont des surfaces définies par les arcs circulaires et en conséquence un petit agrandissement du diamètre intérieur de l'alésage entratne une brutale réduction de la surface d'accrochage en section transversale, et de ce fait une résistance à l'extraction notablement plus faible. Posons maintenant respectivement B1 = CE'F'H et B2 = CDGH, qui sont limités par des arcs circulaires dont le rayon est un peu plus court (, r) que le rayon maximal R. 2 22 wR2 -_ wR'3 B = [R 42 2 (c " +K ") 2 2"" -7 R4 - (XrR x- - 2 S3)J 360 3 360 w R2 _ Tr R B2 = 6 2 2 (d' +2) 2 2 - rR4 - (TR1 x - 2 S2 360 360 Posons C = surface DE'F'G, C = B1 - B2. Il s'ensuit que la surface augmentée est égale à 3C. En résumé, la surface d'accrochage en section transversale de l'élément taraudé antérieur sur la paroi de l'alésage est 6A1 et celle de l'élément fileté selon l'invention, quand l'alésage a un rayon un peu plus grand, est 6A2 + 3C. On va, à titre de comparaison, énumérer ci-après les paramètres individuels d'un élément fileté h6: R = 4,70 R1 = 4,63 R2 = 4,35 R'3 = 4,45 S1 = 1,89 S2 = 0,97 S3 = 1,62 R4 R S S' S" (,u ot e = 1,75 R4 = 2,95 = 4,53 = 4,67 = 4,575 = 17,12 = 8,14 = 14,29 7rR2 R12 WlR1. TrR_ 2 irR 1 2 3R' irR Ip y3' 3" = 69,40 = 67,35 = 59,45 = 62,21 = 9,62 = 29,710 = 13,79 = 24,590 A1 =irx 1,752x 2 (17,1 + 29,71) - (yx 2x2360 - (Irx 4,352 x 2 x 17,12 - 2 x 1,89) 360 A1 = 2,503 - (5,654 - 3,780) = 0,629 0,629 x 6 = 3,774 A2 = xx 1,752 x 2 (14,29 + 24,59) 360 2 x2 x 14,29 - ( Ir x 4,45 2 x 14609 - 2 x 1,62) A2 = 0,379 A1 x 6 = 0,379 x 6 = 2,274 B1 = w x 4,702 _ r x 4,452 - A2 B1 = 1,198 - 0,379 = 0,819 B2 472 x 4702 x 4,632 B2 -[ix 1,75 2 (8,14 + 13,79) (Irx 4,632 x 2 x 8 14 - 2 x 0,963) 360 B2 = 0,342 - 0,052 = 0,29 C = B1 - B2 = 0,819 - 0,29 = 0,529 C x 3 = 0,529 x 3 = 1,587 A1 x 6 = 3,774 A2 x 6 + C x 3 = 2,274 + 1,587 = 3,861 Maintenant, six fois la surface A1 est égale à 3,774 mm2 tandis que six fois la surface A2 est égale à 2,274 mm2 ce qui représente 60,3 % de la précédente. Ceci démontre qu'une augmentation de 0,1 mmn du rayon s'accompagne d'une réduction notable de la surface en coupe transversale et il en résulte que la résistanceà l'extraction chute considérablement. Ilest donc indispensable pour résoudre le problème d'empêcher la surface d'accrochage de devenir notablement plus faible par comparaison avec 6xA1. Dans ce but, la configuration en coupe transversale de l'élément fileté selon l'invention procure une surface d'accrochage également à 6xA2 + 3xC = 3,861 mm2, ce qui est égal à 1,02 fois la valeur 6A1. Ainsi, le nouveau type d'élément fileté se révèle posséder une résistance à l'extraction pratiquement égale. Dans ce qui suit, on va décrire la fonction de l'élément fileté 20 selon l'invention. Il est vissé dans un alésage d'un matériau ou d'une pièce pour former des filets sur la paroi de l'alésage, comme représenté sur la figure 1. La vue en coupe transversale, prise selon la ligne 6-6 de la figure 1, correspond à la figure 6 et la figure 7 correspond à une vue partielle prise selon la ligne 7-7 de la figure 6 et montre un sommet 27 du filetage extérieur 28 de l'élément fileté coupe un filet intérieur 32,33 sur la paroi 31 de l'alésage. Le repère 26 désigne le fond du filet extérieur de l'élément fileté (figure 2). La figure 8, qui est une vue en coupe transversale prise selon la ligne 8-8 de la figure 6, montre que le creux du filet interne formé sur la paroi 31 de l'alésage par l'intermédiaire du filetage externe 27,28 de l'élément fileté 20 subit une contraction au cours du taraudage ultérieur. Sur la figure 9, qui est une vue en coupe transversale prise selon la ligne 9-9 de la figure 6, on voit un intervalle de dégagement entre le fond 32 du filetage interne 32,33 formé par le filetage externe 27,28 de l'élément fileté 20 et le sommet du filet extérieur. L'intervalle de dégagement sert à réduire la résistance au vissage. On voit évidemment également que l'intervalle de dégagement permet une telle contraction lorsque la paroi 31 de l'alésage est taraudée comme mentionné ci-dessus; ceci est utile pour empêcher le couplage par vissage de l'élément fileté 20 avec la paroi de l'alésage 31 de devenir lâche, par exemple du fait de vibrations. En outre, la configuration en coupe transversale du filetage externe de l'insert 20 formée comme on le voit sur la figure 6 permet à une charge axiale sur le filet de s'exercer sur la crête du filet externe de l'insert et non sur le creux, d'o il résulte une déformation élastique provoquée par la charge axiale à l'endroit o le filet interne 32,33 sur la paroi 31 de l'alésage coopère avec le filetage externe 25 de l'insert, et d'autre part reste non affectée par la charge axiale à l'endroit o il y a coopération avec le creux du filetage externe 25; ainsi, un petit déplacement se produit au niveau de la frontière entre le sommet et le creux, qui a pour effet d'empêcher tout desserrement dû aux vibrations. La forme de la section transversale selon l'invention peut aisément être obtenue en étirant une barre à travers une filière et l'élément fileté selon l'invention peut être produit en série aisément avec une machine automatique. 1 1 L'élément fileté utilisé comme insert selon l'invention peut être employé pour former un alésage taraudé renforcé dans un matériau ou une pièce à raccorder, pratiquement sans abaissement de la résistance à l'extraction pour autant que la variation du diamètre de l'alésage ne dépasse pas environ 0,2 mmn. 97937 Revendication Elément fileté (20) comportant un alésage taraudé centré sur l'axe, caractérisé en ce que la périphérie de sa configuration en section transversale est une ligne fermée symétrique constituée par des portions alternativement convexes et concaves également espacées sur la périphérie et que toute autre portion concave est remplacée par un arc circulaire centré sur l'axe de cet élément fileté, arc dont le rayon (R1) est un peu plus court que la distance (R) de l'axe au sommet de la courbure convexe.