FIXATION ELEMENT WITH A SCREW-THREADED HOLE

Abstract: New connection member with threaded hole working essentially in traction, but also in flexion, and manufacturing method thereof. The member, intended to connect two parts together, is comprised of a laminated material with plane layers (4), parallel to the axis of the threaded hole (3) at the cylindrical end of the member, which cylindrical end is surrounded with a rigidity ring (5).

Description: Nouvel organe de liaison à trou taraudé, travaillant principalement à la traction, voire en flexion, et son procédé de fabrication. L'invention est relative aux organes de liaison qui sont destinés à relier des pièces l'une à l'autre en étant ainsi soumis à des efforts de traction et/ou de flexion et qui sont munis, au niveau de l'une au moins de leurs extrémités de forme extérieure cylindrique, d'un trou taraudé généralement selon l'axe moyen de ces efforts. Ce trou taraudé reçoit un élément solidaire de l'une des pièces à relier et muni d'un filetage extérieur compatible avec le filetage intérieur du trou taraudé. De tels organes de liaison sont habituellement en métal et présentent donc, dans de nombreuses applications, les inconvénients inhérents aux métaux : abessence d'isolation électrique et/ou thermique, risques de corrosion, dilatation et contraction excessives ou incompatibles avec celles de l'élément fileté, etc... L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Elle a également pour but de créer des organes de liaison qui se distinguent par une résistance à la rupture en traction et/ou flexion particulièrement élevée. Pour atteindre l'un au-moins de ces buts, l'organe de liaison conforme à l'invention est caractérisé en ce-qu'il. est constitué' d'un matériau stratifié à couches planes ou approximativement planes, parallèles à l'axe du trou taraudé, et d'une frette de rigidité telle que sa déformation radiale soit la plus faible possible, cette frette entourant la susdite extrémité cy.- lindrique soit sur la totalité de la hauteur du trou taraudé, soit de préférence seulement sur la partie de cette hauteur qui avoisine l'extrémité ouverte ou libre de ce trou. On sait que les matériaux stratifiés plans se distinguent de la plupart des métaux ou matériaux isotropes par leur état anisotropique que leur confère leur constitution à partir de couches élémentaires minces d'un même matériau de base ou de plusieurs matériaux de base, ces couches pouvant présenter des caractéristiques identiques ou différentes dans les directions principales de leurs plans. Ces couches élémentaires, imprégnées ou enduites de résine ou "matrice", sont stratifiées sous forme de plaques (ou planches) planes ou faiblement incurvées (en segment cylindrique ou en calotte sphérique, par exemple), à chaud ou à froid sous forte ou faible pression. Les matériaux stratifiés. ainsi réalisés peuvent être considérés comme des matériaux orthotropes qui se caractérisent par le fait que leurs principales caractéristiques mécaniques ont, dans la direction des axes principaux, des diagrammes polaires en forme de cercle ou d'autres courbes, suivant que les valeurs de rupture sont égales ou différen- tes. Il y a lieu cependant d'établir une distinction entre les deux axes principaux du matériau stratifié, d'une part, et son troisième axe (épaisseur) d'autre part, dont les caractéristiques mécaniques sont liées directement à celles du système résineux utilisé pour lier entre elles les couches élémentaires du matériau stratifié. Selon l'invention, c'est ce troisième axe que l'on oriente perpendiculairement à l'axe du trou taraudé de l'organe de liaison, c'est-à-dire perpendiculairement aux efforts de traction appliqués à cet organe. Comme matériaux stratifiés, on utilise de préférence, selon l'invention, des complexes réalisés à partir de couches élémentaires à base de fibres sous forme de mats ou tissus ou autres, liées ensemble par de la résine. Toutefois, l'invention n'est pas limitée aux matériaux-stratifiés de ce genre mais englobe en particulier tous les stratifiés ou matériaux composites renforcés à base de fibres à hautes caractéristiques mécaniques telles que : verre, Kevlar, carbone, etc....en liaison avec des systèmes résineux adéquats tels que résine époxy, polyester, polyimide etc. L'invention va être maintenant décrite plus en détail à l'aide des modes de réalisation qui sont représentés à titre d'exemples aux dessins annexés. La figure 1 représente, en perspective avec parties coupées, la partie supérieure d'un organe de liaison conforme à un premier mode de réalisation. La figure 2 représente, en perspective avec parties coupées, un organe de liaison conforme à un deuxième mode de réalisation. La figure 3 représente, en perspective, un organe de liaison conforme à un troisième mode de réalisation. L'organe de liaison 1, dont la partie supérieure est représentée à la figure 1, est destiné à relier deux pièces (non montrées) l'une à l'autre en étant ainsi soumis à des efforts de traction symbolisés par la flèche F. Au moins au niveau de son extrémité représentée 2, dont la forme extérieure est cylindrique, cet organe de liaison est muni'un trou taraudé 3 dont l'axe coincide avec l'axe moyen des efforts de traction. Ce trou taraudé 3 est destiné à recevoir un élément solidaire de l'une des susdites pièces et muni d'un filetage extérieur approprié. Cet élément peut être constitué par une tige séparée de cette pièce ou faisant corps avec celle-ci. Selon l'invention, l'organe de liaison 1 est constitué d'un matériau stratifié Åa couches planes (schématisées par des lignes parallèles 4), parallèles à l'axe du trou taraudé 3, etd'une- frette ou bague circulaire 5 entourant l'extrémité 2. Cette frette 5 est d'une rigidité telle que sa déformation radiale soit la plus faible possible sous l'effet d'efforts radiaux. Le diamètre intérieur de cette frette, c'està-dire le diamètre extérieur de l'extrémité cylindrique 2, est déterminé en fonction des critères de résistance à la rupture en traction, en tenant compte des concentrations de contraintes dues aux filetages du trou taraudé 3 et des charges à rupture de référence dans les axes considérés. L'épaisseur de cette frette 5 est calculée en fonction de la pression interne résul- tante du système, mais aussi des possibilités d'exécu- tion de cette frette et de ses caractéristiques mécaniques propres. Bien que la frette 5 puisse être faite de métal, il est préférable de la constituer en un système résineux armé, de préférence en un système résineux analogue ou identique à celui du -reste de l'organe de liaison 1. Dans le cas d'un système résineux armé, l'armature de ce système est avantageusement constituée de fibres, à hautes caractéristiques mécaniques, notamment en verre ou carbone, Kevlar, etc.... enroulées en cercles ou en hélices, et éventuellement reliées par des fibres parallèles à l'axe ou légèrement inclinées par rapport à celui-ci. Bien qu'elle puisse s'étendre sur toute la hauteur du trou taraudé 3, la frette 5 s'étend de préférence seulement sur la partie de cette hauteur qui avoisine l'extrémité ouverte ou libre de ce trou, ainsi qu'il ressort de la figure 1. Pour que l'organe de liaison 1 puisse être relié par sa partie inférieure à l'autre pièce définie ci-dessus, cette partie inférieure peut être constituée de la même façon que la partie supérieure représentée à la figure 1, d'une façon plus ou moins symétrique par rapport au plan de coupe schématisé par deux droites en trait mixte. Cette partie inférieure peut également avoir une conformation différente dont deux exemples, sans aucun caractère restrictif, sont illustrés aux figures 2 et 3. L'organe de liaison la de la figure 2 est conformé à sa partie droite comme à la figure 1. A sa partie gauche, cet organe de liaison la comprend un bloc 6, formé d'une seule pièce avec la partie cylindrique 2 et traversé par un trou 7, perpendiculaire au trou taraudé 3 et destiné à recevoir une tige de liaison (non montrée), laquelle est soumise aux efforts de traction F1 et F2 dont la résultante est opposée à la forCe F. Le bloc 6 peut avoir une forme parallélépipédique, comme représenté, ou toute autre forme convenant à l'application envisagée. L'organe de liaison lb de la figure 3 est conformé à sa partie droite comme à la figure 1. A sa partie gauche, cet organe de liaison lb comporte une extrémité filetée extérieurement 8, opposée et coaxiale à l'extrémité 2. Pour faciliter le vissage, l'organe de liai son conforme à l'invention peut posséder une surface latérale polygonale1 par exemple une surface latérale de section carrée 9 comme l'organe de liaison 1 de la figure 1, pour permettre l'engagement d'une clé de serrage. Pour fabriquer un tel organe de liaison, on prélève, sur une plaque de matériau stratifié à couches planes ou approximativement planes, une ébauche dont la forme extérieure correspond, aux retouches éventuelles près, à celle de l'organe de liaison Puis à l'extrémité cylindrique 2 de cette ébauche, on met en place la frette 5, après quoi seulement on exécute les opérations de perçage et de taraudage du trou 3 (ou des trous 3 alignés), de façon que cette frette reprenne les résultantes des efforts de perçage et de taraudague. On constate que l'organe de liaison conforme à l'invention et tel que 1, la ou lb est doté d'une résistance à la traction d'une valeur exceptionnelle, malgré la faible résistance à la traction que poss-ède le matériau stratifié dans la direction perpendiculaire à ses couches élémentaires. En outre, ces organes pos sèdent une très grande résistance en compression. L'or lb ganq de la figure 3 possède en plus une excellente résistance à la rupture en flexion pure (suivant f), mais aussi en flexion/traction et flexion/compression (ces contraintes résultant d'efforts non axiaux et non orthogonaux). C'est ainsi par exemple que, pour un organe de liaison 1 constitué de deux moitiés identiques 9 celles de la figure 1, c'est-à-dire à deux extrémités femelles et ayant les caractéristiques suivantes : - composition du matériau stratifié : verre/époxy - composition des frettes 5 : tube époxy - longueur de l'organe : L en mm - diamètre extérieur des frettes : D en mm - épaisseur des frettes : e en mm - hauteur des frettes : g en mm - profondeur des trous taraudés : h en mm - diamètre des fonds de filets : d en mm on a obtenu les valeurs de résistances à la rupture en traction T en daN, (et compression). paraissant dans le tableau suivant EMI7.1 <tb> L <SEP> D <SEP> e <SEP> ¯ <SEP> h <SEP> d <SEP> T <tb> L <SEP> D <SEP> e <SEP> g <SEP> h <SEP> d <SEP> T <tb> 30 <SEP> i,5 <SEP> 6 <SEP> 9 <SEP> 6 <SEP> 790 <tb> 40 <SEP> 115 <SEP> 8 <SEP> 12 <SEP> 8 <SEP> 1700 <tb> 60 <SEP> 28 <SEP> 2,0 <SEP> 12 <SEP> 18 <SEP> 12 <SEP> 3600 <tb> 70 <SEP> 32 <SEP> 2,0 <SEP> 14 <SEP> 21 <SEP> 14 <SEP> 5620 <tb> 80 <SEP> 36 <SEP> 2,0 <SEP> 16 <SEP> 24 <SEP> 16 <SEP> 7500 <tb> 90 <SEP> 40 <SEP> 2,0 <SEP> 18 <SEP> 27 <SEP> ; <SEP> 18 <SEP> 9600 <tb> 100 <SEP> 45 <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> 20 <SEP> 30 <SEP> 20 <SEP> 10000 <tb> 120 <SEP> 53 <SEP> 2,5 <SEP> 24 <SEP> 36 <SEP> 24 <SEP> 13600 <tb> Avec un organe de liaison la tel que représenté sur la figure 2, de mêmes matériaux et ayant les dimensions suivantes - longueur de l'organe : 65 mm - diamètre extérieur de la frette : 34 mm - épaisseur de la frette : 2 mm - hauteur de la frette : 30 mm - profondeur du trou taraudé : 35 mm - diamètre du trou taraudé 16 mm - diamètre du trou 7 : 12 mm - dimensions de la partie 6 : selon l'axe du trou 7, 40 mm selon l'axe du trou taraudé, 25 mm ; perpendiculairement aux deux axes, 30 mm on a obtenu une résistance à la rupture en traction de 5950 daN. Avec un organe selon la figure 3, les valeurs de rupture en traction et compression sont identiques à celles d'un organe similaire de la figure 1 mais les valeurs de résistance à la rupture en flexion F en daN - sont plus élevées comme le montre le tableau ci-dessous EMI8.1 <tb> L <SEP> D <SEP> e <SEP> q <SEP> <SEP> h <SEP> d <SEP> r <SEP> F <tb> 40 <SEP> 19 <SEP> 1,5 <SEP> 8 <SEP> 12 <SEP> 8 <SEP> 12 <SEP> 550 <tb> 60 <SEP> 28 <SEP> 2,0 <SEP> 12 <SEP> 18 <SEP> 12 <SEP> 18 <SEP> 1250 <tb> 70 <SEP> 32 <SEP> 2,0 <SEP> 14 <SEP> 21 <SEP> 14 <SEP> 21 <SEP> 1700 <tb> r étant la hauteur du filetage 8 en mm. Bien entendu, les organes selon l'invention peuvent être prévus pour relier plus de deux pièces entre elles. Ainsi, des organes peuvent par exemple présenter les formes d'un polygone quelconque avec, sur certaines faces au moins, des trous taraudés entourés de frettes et dont les axes sont-perpendiculaires audit troisième axe de l'organe.

Claims: REVENDICATIONS 1. Organe de liaison qui est destiné à relier au moins deux pièces l'une à l'autre en étant ainsi soumis à des efforts de traction ou de flexion et qui est muni, au niveau de l'une au moins de ses extrémités (2) de forme extérieure cylindriqueJd'un trou (3) taraudé selon l'axe moyen de ces efforts, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un matériau stratifié à couches planes ou approximativement planes (4), parallèles à l'axe du trou taraudé (3), et d'une frette (5) de rigidité telle que sa déformation radiale soit la plus faible possible, cette frette (5) entourant la susdite extrémité cylindrique (2) sur une partie au moins de la hauteur du trou taraudé (3). 2.Organe de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que la frette (5) n'entoure. l'extrémité cylindrique (2) que sur la partie de la hauteur du trou taraudé (3) qui avoisine son extrémité ouverte. 3. Organe de liaison selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau stratifié est un complexe renforcé à base de fibres à hautes caractéristiques mécaniques. 4. Organe de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la frette est constituée en un système résineux armé. 5. Organe de liaison selon la revendication 4, caractérisé en ce que la frette est constituée en un système résineux armé analogue ou identique à celui du reste de l'organe de liaison (1,1a, lob). 6. Organe de liaison selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système résineux de la frette est armé par des fibres à hautes caractéristiques mécaniques, enroulées en cercles ou en hélices. 7. Organe de liaison selon l'une quelconque des revendicaitons 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte également au moins une extrémité filetée (8). 8. Procédé de fabrication d'un organe de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on prélève, sur une plaque de matériau stratifié à couches panes ou approximativement planes, une ébauche dont la forme correspond au moins approximativement à celle de l'organe de liaison (1, la, lb) ;en ce qu'on met ensuite la frette (5) en place après quoi seulement on exécute les opérations de perçage et de taraudage du trou (3).

Inventors: BOITEUX, JEAN-CLAUDE
Applicants: PERMALI S.A.
Application year: 1982
Main classification: F16B37
IPC codes: F16B37, B29D1, F16B33, B32B17