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Dispositifs de fixation Description de l'invention
L'invention concerne des ensembles à écrou à blocage du type comprenant un écrou et une rondelle de blocage.
On a proposé de nombreux types différents d'ensembles à écrou à blocage et ils sont d'un emploi satisfaisant. Cependant, les ensembles connus peuvent permettre à l'écrou de se desserrer, en particulier dans des conditions difficiles. Par exemple, une machine rotative qui tourne à une vitesse de jusqu'à 15.000 tours par minute peut être entraînée par une courroie qui coopère avec une poulie montée sur l'arbre de la machine. L'extrémité de l'arbre est filetée et la poulie est maintenue sur l'arbre contre un épaulement par un ensemble à écrou à blocage. Il n'y a pas de formation d'entraînement comme une clé, un rétrécissement ou un méplat sur l'arbre et le couple d'entraînement entre la poulie et l'arbre dépend simplement des forces de frottement engendrées par le serrage de l'ensemble à écrou à blocage.
Normalement, l'arbre tourne dans le sens des aiguilles d'une montre et par conséquent, l'écrou tend à se serrer. Cependant, dans certaines circonstances, la rotation se produit en sens opposé à celui des aiguilles d'une montre et ceci a pour
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tendance de desserrer les ensembles à écrou à blocage classiques qui utilisent soit une rondelle de blocage hélicoïdale fendue, soit une rondelle à ressort. Si l'écrou se desserre trop, il ne se resserrera pas lorsque la poulie tournera à nouveau dans le sens des aiguilles d'une montre et l'entraînement entre la poulie et l'arbre sera perdu.
Les ensembles classiques utilisés à présent reposent, pour leur efficacité, sur le fait que la rondelle de blocage maintient une force axiale sur l'écrou lorsque ce dernier tend à se desserrer, ce qui maintient les flancs des filets complémentaires de l'écrou et de l'arbre en coopération par frottement. Cette force est moindre lorsque l'écrou est légèrement revenu en arrière par rapport à sa position de serrage complet, que lorsqu'il est complètement serré, mais elle suffit ordinairement à empêcher un dévissage se poursuivant davantage.
Cependant, dans des conditions difficiles telles que celles mentionnées précédemment ou dans des conditions de vibrations statiques, les ensembles à écrou à blocage classiques peuvent se desserrer.
En plus des modèles classiques qui utilisent des rondelles de blocage hélicoïdales fendues ou des rondelles de blocage à ressort, comme mentionné précédemment, il existe d'autres propositions plus complexes qui ont formé les sujets de brevets anciens mais qui, pour autant que la demanderesse le sache, n'ont jamais été mises en pratique.
Ainsi dans le brevet GB A 341 333 qui date de 1931, on décrit un ensemble à écrou à blocage dans lequel un écrou comporte un téton sur lequel est montée une rondelle conique. Dans une forme de réalisation, le téton est d'une longueur plus grande
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que l'épaisseur de la rondelle et joue le rôle de butée pour empêcher l'aplatissement de la rondelle lorsque l'écrou est serré. Dans une autre forme de réalisation, la face inférieure de l'écrou est conique et agit comme une butée lorsque la rondelle vient en contact avec lui. Dans les deux formes de réalisation, la butée a pour effet d'empêcher l'aplatissement de la rondelle et ainsi cette dernière n'est pas fatiguée au-delà de sa limite élastique. Le brevet décrit le fait que la rondelle exerce une pression élevée continue sur l'écrou pour le bloquer.
Il y a également des forces de frottement entre les surfaces butant l'une contre l'autre de l'écrou et de la rondelle et de la rondelle et de la pièce de travail. Il existe un jeu entre l'alésage de la rondelle et le téton lorsque l'écrou a été serré.
Dans le brevet GB 129.476 datant de 1919, on décrit une rondelle et un écou séparés. Lorsque la rondelle est aplatie, elle vient en contact à frottement avec les filets du boulon en dessous de l'écrou. Ainsi, l'effet de blocage par frottement de la rondelle élastique classique est favorisé par le contact à frottement additionnel de la rondelle avec les filets du boulon. Dans cet arrangement, il serait en pratique très difficile d'enlever la rondelle du boulon en dépit de ce qui est dit dans le brevet.
Un arrangement quelque peu semblable mais plus compliqué est exposé dans le brevet GB A 1 027 674 dans lequel une rondelle séparée faite de matière de résine synthétique est moulée autour d'un téton de l'écrou, et où, lorsque l'écrou est serré, la rondelle est comprimée axialement et ainsi se dilate radialement pour venir en contact
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avec les filets du boulon sur lequel l'écrou est monté. A nouveau, l'effet de blocage est provoqué par les flancs des filets de l'écrou, qui viennent en contact avec les flancs des filets du boulon et par les forces de frottement entre la rondelle et les filets du boulon et entre la rondelle d'une part et l'écrou et la face de la pièce de travail de l'autre. Cet ensemble serait trop coûteux pour la plupart des applications en grande série.
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Dans le brevet des E. U. A. 1 384 019 datant de 1921, l'écrou comporte un téton avec une face conique extérieure coopérant avec une face conique intérieure d'une rondelle de blocage. Lorsque l'écrou est serré, les faces coniques ont un mouvement télescopique et le téton est contracté pour serrer les filets du boulon. La force de blocage est fournie seulement par le contact à frottement entre les faces coniques et, en dehors de l'élasticité propre du métal, il n'y a pas de forces élastiques qui interviennent, de sorte que, une fois qu'a eu lieu un léger desserrage, l'effet de blocage sera perdu.
Une autre proposition se trouve dans le brevet GB A 540 864, dans lequel une extrémité d'un écrou est formée avec une rainure périphérie- que dans laquelle un élément d'une rondelle élastique à section généralement en L est reçu ; chaque élément de la rondelle est tronconique. L'élément de la rondelle dans la rainure coopère avec une surface tronconique de la paroi intérieure de la rainure. Lorsque l'écrou est serré, l'élément de rondelle qui se trouve dans la rainure est poussé davantage dans la rainure et déforme élastiquement la paroi intérieure de la rainure, qui est fendue, de façon à reprendre le jeu entre les filets
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de l'écrou et ceux du boulon.
La nécessité de monter la rondelle dans une rainure dans la face inférieure de l'écrou limite l'épaisseur de la rondelle et ainsi la force qui peut être appliquée à la paroi intérieure de la rainure lorsque l'écrou est serré.
Au surplus, en raison du fait que la force appliquée à l'élément de la rondelle dans la rainure, lorsque l'écrou est serré, se trouve dans une direction s'étendant le long de Isolément, en raison des angles intervenant, la composante de résolution de cette force qui est appliquée par la rondelle à la paroi intérieure de la rainure sera petite et ainsi l'effet de blocage de l'arrangement est faible. Comme les corps des écrous doivent être réalisés à des dimensions standard, la rainure dans la face inférieure de l'écrou doit être formée avec une profondeur normale de l'écrou, en sorte que la partie non déformée du filet en contact avec le boulon est limitée.
Enfin, dans le brevet FR A 066 480, on décrit un écrou d'une pièce avec la rondelle, où la rondelle forme un prolongement divergent d'un téton du corps de l'écrou. Lorsque l'écrou est serré, la divergence de la rondelle augmente, le bord périphérique extérieur de la rondelle est pris entre le corps de l'écrou et la pièce de travail et le téton se déplace pour reprendre le jeu entre les filets du téton et ceux du boulon.
Il est clair, d'après cette description, que seul un léger blocage est obtenu par cette reprise du jeu des filets. Il est également clair que, lorsque l'écrou est complètement serré, la rondelle n'est pas, et ne peut pas être aplatie.
Seule la partie de bord extérieure de la rondelle
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est saisie entre la pièce de travail et le corps de l'écrou ; il y a ainsi une petite région de contact à frottement et la force de blocage engendrée est faible de façon correspondante.
L'écrou serait difficile à fabriquer et sa fabrication serait coûteuse et son effet de blocage serait faible pour les raisons exposées précédemment. Au surplus, l'écrou et la rondelle sont nécessairement faits de la même matière, ce qui pourrait empêcher quelqu'un de choisir des matières optimales différentes pour l'écrou et pour la rondelle respectivement.
Le but de l'invention est de procurer un ensemble à écrou à blocage simple, peu coûteux et efficace, qui soit capable de vaincre les inconvénients des ensembles décrits plus haut et qui convienne particulièrement pour être employé dans des conditions difficiles.
Suivant un premier aspect de l'invention, on procure un ensemble à écrou à blocage comprenant un écrou ayant une tête propre à venir en contact avec un outil d'entratnement, un téton qui s'étend depuis une extrémité de la tête, un alésage taraudé s'étendant de façon continue à travers la tête et à travers le téton, le téton ayant une section transversale plus petite que celle de la tête, en sorte qu'un épaulement de forme générale annulaire est prévu à la jonction de la tête et du téton, le téton consistant en une paroi relativement mince, limitée par l'alésage et par une surface extérieure cylindrique ;
et une rondelle en forme d'assiette séparée, montée sur le téton, caractérisé en ce que la rondelle a un alésage cylindrique qui s'adapte étroitement sur la surface extérieure du téton, en ce
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que le téton a une longueur égale ou légèrement inférieure à l'épaisseur de la rondelle, en ce que la rondelle est montée sur le téton avec sa face convexe adjacente à l'épaulement et en ce que, lorsqu'une force de compression est appliquée à l'ensemble dans une direction parallèle à l'axe longitudinal de l'alésage, force qui est suffisante pour aplatir la rondelle, le téton est serré dans l'alésage de la rondelle et la paroi du téton est déformée vers l'intérieur par contraction de l'alésage de la rondelle.
L'ensemble suivant l'invention est simple en ce sens qu'il utilise des parties faciles à fabriquer. Si on le désire, l'écrou peut être forgé et la rondelle peut être estampée. Du fait que les parties peuvent être fabriquées facilement et assemblées sans difficulté, l'ensemble est peu coûteux. Il est efficace dans des conditions difficiles, par exemple celles mentionnées plus haut, parce qu'en plus des forces de frottement entre la rondelle d'une part et l'écrou et la pièce de travail d'autre part, il y a une grande force radiale sur le téton, formée par la contraction radiale de l'alésage de la rondelle lorsqu'elle est aplatie, ce qui déforme la paroi du téton en contact avec les filets du boulon en bloquant ainsi l'écrou en place.
Cette force radiale est assurée en raison de l'alésage cylindrique de la rondelle et de l'adaptation étroite de cet alésage sur la paroi extérieure cylindrique du téton.
Une telle force radiale efficace ne peut être obtenue par les rondelles de blocage de l'art antérieur puisqu'aucune de celles-ci ne fait appel aux très grandes forces qui peuvent être obtenues par la contraction de l'alésage d'une rondelle en
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forme d'assiette lorsqu'elle est aplatie.
En plus, la tête ou le corps de l'écrou peuvent être faits de la profondeur correcte suivant les normes appropriées, le téton assurant une longueur supplémentaire de l'alésage taraudé pour venir en contact avec le boulon. Par cet arrangement, il y a un contact sur tous les filets de vis entre la partie non déformée de l'alésage taraudé de l'écrou et le boulon en plus de la partie déformée du filet dans le téton.
De préférence, la déformation du téton lorsque la rondelle s'aplatit est une déformation plastique qui assure une bonne protection contre le fait que l'écrou se desserre, même si l'écrou doit légèrement revenir en arrière par rapport à sa position de serrage complet.
De préférence, la rondelle est faite d'un métal qui a été traité, en sorte que la rondelle agit comme un ressort qui récupère une forme initiale lorsque la force de compression est supprimée après aplatissement de la rondelle. Ceci permet de réutiliser l'ensemble et permet que la force élastique appliquée entre l'écrou et la pièce de travail, lorsque l'écrou est serré, favorise l'effet de blocage. La rondelle peut être faite d'acier à ressort trempé et recuit.
De préférence, le bord périphérique extérieur de la surface concave de la rondelle est arrondi. Lors du serrage initial de l'ensemble,
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JIP l'écrou peut tourner par rapport à la rondelle, mais lorsque le serrage se poursuit, la rondelle tournera avec l'écrou et ainsi le bord arrondi sert à réduire au minimum les dommages à la pièce de travail lorsque le serrage final a lieu et que la rondelle est aplatie.
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Comme dit précédemment, l'ensemble trouve une application particulière dans des conditions difficiles, en particulier dans des machines rotatives et, suivant un autre aspect de l'invention, par conséquent, l'invention procure la combinaison d'une machine rotative ayant une broche rotative filetée extérieurement et un organe d'entralnement monté sur la broche contre un épaulement de celle-ci, avec un ensemble réalisant le premier aspect de l'invention, monté sur la broche et serré sur elle en sorte que la rondelle soit sensiblement plate contre une surface dudit organe, de manière à maintenir l'élément sur la broche, en sorte que le couple d'entraînement puisse être transmis entre la broche et l'organe.
Cette combinaison est particulièrement efficace lorsqu'il n'y a pas de formation d'entralnement entre l'organe d'entraînement et la broche.
L'invention sera décrite à présent à titre d'exemple en se référant aux dessins joints au présent mémoire, sur lesquels : - La figure 1 est une vue en plan pardessous d'un écrou faisant partie de l'ensemble suivant l'invention ; - la figure 2 est une élévation de l'écrou de la figure 1 : - la figure 3 est un plan d'une rondelle en forme d'assiette formant l'autre partie de l'ensemble considéré ; - la figure 4 est une coupe à travers la rondelle de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue en coupe à travers l'ensemble ; - la figure 6 est une coupe de détail montrant comment la rondelle s'adapte sur le téton
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de l'écrou lorsque l'ensemble est déchargé ; - la figure 7 est une coupe à travers l'ensemble dans. sa condition de charge sur un boulon ;
et - la figure 8 est une vue schématique d'une machine rotative ayant un ensemble réalisant l'invention, maintenant sur la machine une poulie d'entraînement.
En se référant d'abord aux figures 1 et 2, on voit que l'écrou est indiqué de façon générale par 10 et qu'il a une tête hexagonale classique 11 conformée pour coopérer avec un organe de serrage ou un outil d'entraînement quelconque. La tête est faite aux dimensions normales pour un écrou
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de dimensions appropriées. S'étendant à partir d'une extrémité de la tête, on voit un téton 12 ; la longueur du téton augmente la profondeur de l'écrou au-delà de la profondeur normale. Un épaulement plat 13, de forme générale annulaire, est prévu sur la tête à la jonction entre la tête 11 et le téton 12. Un alésage taraudé 14 s'étend de façon continue à travers la tête et à travers le téton sur toute la profondeur de l'écrou.
Le téton a une section de paroi relativement mince qui est limitée à l'intérieur par l'alésage 14 et à l'extérieur par une surface cylindrique extérieure 15. La paroi du téton est continue et forme un cylindre complet.
En se référant à présent aux figures 3 et 4, on voit que la rondelle est indiquée de façon générale par 16. La rondelle est conformée comme une assiette ayant une face convexe 17 et une face concave 18. La rondelle est pourvue d'un alésage cylindrique 19, décrit avec plus de détails ciaprès, qui, à l'extrémité de l'alésage s'ouvrant
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dans la face concave 18, est pourvu d'une partie fraisée 20. Le bord périphérique extérieur 21 de la surface concave de la rondelle est arrondi.
En se reportant à la figure 5, on voit que l'ensemble est constitué en plaçant la rondelle 16 sur le téton 12 et en refoulant alors l'extrémité libre du téton pour la dilater légèrement dans la partie fraisée 20 pour maintenir la rondelle captive sur le téton, comme montré à la figure 6. Il y a une adaptation libre étroite entre l'alésage cylindrique 19 sur la rondelle et la surface extérieure cylindrique 15 du téton. La rondelle peut ainsi tourner sur le téton et le refoulement est exécuté de façon telle qu'il n'empêche pas cette rotation.
En se référant à présent à la figure 6, celle-ci montre la manière dont la rondelle 16 s'adapte sur l'écrou, avec plus de détails. On verra que l'alésage cylindrique 19 dans la rondelle entoure la surface cylindrique extérieure 15 du téton, de façon qu'il y ait un léger jeu 22 entre les surfaces se faisant face. Ce jeu est de préférence non supérieur à celui qui permettra à la rondelle de tourner librement sur l'écrou.
La figure 6 montre l'extrémité refoulée 122 du téton et montre que celui-ci s'adapte avec jeu dans la partie fraisée 20 et, ainsi, n'empêche pas la rondelle de tourner sur l'écrou.
En se reportant à présent à la figure 7, celle-ci montre l'ensemble selon l'invention serré sur un boulon 20 contre une surface 24 d'une pièce de travail 25. L'écrou est serré jusqu'à ce que la rondelle soit plate comme montré. Pendant le serrage initial, le bord 21 sera la première partie de la rondelle à venir en contact avec la surface 24,
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et lorsque le serrage continue, l'écrou tournera par rapport à la rondelle jusqu'à ce que les forces de frottement entre la face 17 et l'épaulement 13 fassent que la rondelle tourne avec l'écrou.
Lorsque ceci se produit, les dommages à la surface 24 seront réduits au minimum parce que le bord 21 est arrondi.
Lorsque la rondelle s'approche de son état plat, comme montré à la figure 7, l'alésage 19 se contracte, serre le téton 12 et déforme plastiquement le téton vers l'intérieur en forçant ainsi les filets de la partie de l'alésage 14 qui se trouve dans le téton à venir en contact étroit avec les filets du boulon. Comme l'alésage 19 dans la rondelle était cylindrique dans l'état non chargé de la rondelle que montre la figure 7, lorsque la rondelle est aplatie, l'alésage converge vers le haut en s'écartant de la surface 24 de la figure 7, en sorte que la plus grande déformation de la paroi du téton aura lieu en 26, près de l'épaulement 13 ; cependant, le jeu 22 sera tel que la paroi du téton soit déformée sur sensiblement toute la longueur de ce téton pour donner une excellente prise sur les filets du boulon.
On verra que la longueur du téton est approximativement égale à l'épaisseur de la rondelle, mais ne lui est pas supérieure. Ceci est important parce que, lorsque l'ensemble est serré, le téton ne doit pas venir en contact avec la surface 24 pour empêcher la rondelle d'être aplatie. A vrai dire, la longueur du téton est de préférence légèrement inférieure à l'épaisseur de la rondelle, de sorte que dans l'état de serrage complet montré à la figure 7, il y a un jeu 27 entre l'extrémité 122 du téton et la surface 24. La prévision d'un
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tel jeu assure que la rondelle puisse être complètement aplatie lorsque l'écrou est serré.
Comme la rondelle peut être complètement aplatie, elle peut appliquer le maximum de force vers l'intérieur au téton par suite de la contraction de l'alésage de la rondelle, et elle pourra provoquer la déformation plastique du téton.
En plus du blocage mutuel du boulon et des filets de l'écrou dans le téton, des effets de blocage supplémentaires sont obtenus par suite des forces de frottement entre les faces de la rondelle et les faces, butant contre elles, de l'écrou, et contre la pièce de travail, ces forces étant accrues par les forces provoquées par les déformations dans la rondelle.
L'écrou peut être fait d'une matière désirée quelconque en vue du service à rendre, par exemple de l'acier doux SAE 1008 ou SAE 1010 ou de l'acier à grande résistance à la traction BS 311 Type 9 ou un acier traité thermiquement, ISO 1012.
La rondelle est de préférence une pièce estampée et peut être faite d'acier à ressort CS 60, CS 70 ou CS 80 dans BS 1449, Partie I, trempé et recuit à 43 à 48 RC. L'angle d'assiette a de la rondelle est de préférence de 200, comme montré à la figure 4.
La figure 8 montre l'ensemble selon l'invention, utilisé sur une machine rotative. La machine est montrée de façon générale en 28 et comporte un arbre tournant 29. L'arbre a un épaulement 30 contre lequel est montée une poulie 31 d'entraînement, à courroie en V. La poulie est montée sur une partie filetée 32 de section réduite de l'arbre et elle est maintenue en place contre l'épaulement par un ensemble 33 réalisant l'inven-
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tion. La rondelle 34 de l'ensemble 33 est aplatie contre une surface 35 de la poulie.
Bien qu'il n'y ait pas formation d'interconnexions sur la poulie et l'arbre, on a trouvé que l'entraînement est transmis de façon satisfaisante de la poulie à l'arbre, même si ce dernier tourne quelque peu en sens contraire à celui des aiguilles d'une montre, son sens de rotation normal étant celui des aiguilles d'une montre.
Des essais ont été faits pour comparer le couple de glissement de la poulie 31 dans une machine rotative telle que montrée à la figure 9, dotée d'un ensemble réalisant l'invention et d'un ensemble classique d'écrou et de rondelle à ressort.
Dans chaque cas, l'écrou utilisé avait des méplats de 24 mm avec une longueur de 9, 5 mm et un filet de 17 mm. L'écrou était initialement serré à un couple de 81 Nm.
Dans une première série d'essais, l'arbre 29 était maintenu immobile et le couple appliqué à la poulie 31 l'était dans le sens des aiguilles d'une montre, son sens de rotation normal, jus- qu'à ce que la poulie tourne sur l'arbre.
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Echantillon <SEP> No <SEP> Couple <SEP> de <SEP> glissement
<tb> Ensembles <SEP> réalisant <SEP> l'invention <SEP> ( i )
<tb> 1 <SEP> 114
<tb> 2 <SEP> 122
<tb> 3 <SEP> 130
<tb> 4 <SEP> 114
<tb> 5 <SEP> 114
<tb> Moyenne <SEP> 118, <SEP> 8
<tb>
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Ecrou et rondelle élastique
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<tb>
<tb> classiques
<tb> 1'50
<tb> 2 <SEP> 7
<tb> 3 <SEP> 61
<tb> 4 <SEP> 58
<tb> 5 <SEP> 60
<tb> Moyenne <SEP> 60, <SEP> 5
<tb>
Dans une seconde série d'essais, le couple a été appliqué à la poulie dans un sens contraire à celui des aiguilles d'une montre, tendant à défaire l'écrou ; les couples de glissement ont
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p 0 été enregistrés comme suit :
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<tb> Echantillon <SEP> No. <SEP> Couple <SEP> de <SEP> glissement
<tb> Ensembles <SEP> réalisant <SEP> (Nm)
<tb> l'invention
<tb> 1 <SEP> 79
<tb> 2 <SEP> 100
<tb> z <SEP> 90
<tb> 4 <SEP> 95
<tb> 5 <SEP> 83
<tb> Moyenne <SEP> 89, <SEP> 4
<tb> Ecrou <SEP> et <SEP> rondelle <SEP> élastique
<tb> classiques
<tb> 1 <SEP> 71
<tb> 2 <SEP> 62
<tb> Moyenne <SEP> 66, <SEP> 5
<tb>
On verra que dans les essais de rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, les ensembles réalisant l'invention avaient une performance supérieure de 50 % à celle des ensembles classiques à écrous et à rondelles élastiques.
Au surplus, dans les essais de rotation en sens con-
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traire à celui des aiguilles d'une montre, où le couple tend à défaire l'écrou, les ensembles réalisant l'invention fonctionnaient beaucoup mieux que les ensembles classiques à écrous et rondelles équivalents, dans les essais de rotation dans le
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sens des aiguilles d'une montre, c'est-à-dire des essais dans lesquels il y avait tendance à serrer l'écrou.
L'amélioration de la performance est extraordinairement bonne et elle est obtenue par un ensemble simple et peu coûteux.