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" PERFECTIONNEMENTS RELATIFS A DES ECROUS ".
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La présente invention est relative à d es écrous et à d'autres dispositifs de fixation taraudés intérieurement.
La défaillance par fatigue des dispositifs de fixa- tion métalliques portant des filets a fait l'objet des étu- des des savants et des ingénieurs de bureaux d'études pendant de nombreuses années et, en se basant sur ces études, des perfectionnements importants ont été apportés aux matériaux et aux procédés de fabrication des dispo- sitifs de fixation , et aux techniques de boulonnage ainsi qu'aux outils correspondants , mais néanmoins, ces dis- positifs de fixation ne sont pas entièrement satisfaisants et l'industrie, en particulier l'industrie aéronautique demande des dispositifs de fixation plus sirs.
Dans les conditions présentes de charge dynamique ,telles qu'on les rencontre dans beaucoup d'industries, et en particulier dans l'industrie aéronautique, la défection des boulons par fatigue se produit trop souvent , en particulier dans le cas des boulons modernes à grande résistance à la traction que l'on utilise avec les écrous faits des meilleurs aciers connus jusqu'à présent. Les températures relativement éle- vées auxquelles les dispositifs de fixation doivent souvent fonctionner, augmentent les problèmes posés par la moindre aptitude à résister à la fatigue des boulons ou des assemblages boulonnés.
Des écrous de moindre poidt de longueur plus courte dont on a tant besoin dans l'industrie aéronautique sont d'un emploi limité en raison de la faible résistance
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à la traction des assemblages boulonnés qui utilisent ces écrous.
C'est donc un objet de l'invention de procurer des constructions d'écrous améliorées et ce meilleures formes de filet pour des écrous , et en même temps des dispositifs de fixation taraudés capables d'accroître la vie à l'égard de la fatigue des boulons ou des assemblages boulonnés ou des ensembles de fixationàvec lesquels ils sont utilisés, en sorte de leur permettre de faire face aux conditions de charge dynamique moderne ; l'invention a encore pour objet de permettre l'emploi d'écrous plus courts avec par conséquent une économie de poids sensible sans sacrifier pour autant la résistance à la fatigue de l'assemblage boulonné; de permettre l'utilisation de boulons en allia- ges à plus grande résistance sos une charge dynamique de traction élevée;
d'assurer une meilleure sécurité des assemblages à filets qui doivent fonctionnbr à des températures élevées; et de rendre possible l'emploi d'é- crous plus durs à plus grande résistance sans diminuer la longévité du boulon en présence de fatigue .
Suivant la présente invention, un écrou ou un autre dispositif de fixation taraudé intérieurement possède une face de serrage et un filet ayant deux parties à angles de filets différents , la partie avec l'angle de filet le plus petit étant proche de la face de serrage.
L'angle le plus petit est 03 préférence compris entre 0 degré et 29 degrés et l'angle le plus grand est un angle de filets standard de 60 degrés.
Le filet peut comprendre aussi une partie intermédiai- re entre les d eux parties a'angles de filets différents, la partie intermédiaire ayant une surface latérale dis- continue ayant deux angles de filets, celui qui est le plus
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proche de la pointe étant égal à l'angle le plus petit et celui qui est le plus proche de la racine étant égal à l'angle le plus grand.
Suivant une autre particularité de l'invention, la partie du filet qui correspond à l'angle de filet le plus grand comprend au moins un tour à pleine profondeur et la partie à l'angle de filet le plus petit comprend au moins un tour d'une profondeur qui diminue en allant vers la face de serrage.
Pour augmenter encore la résistance à la fatigue, la face de serrage du dispositif entourant l'alésage peut être concave , elle peut être conique par exemple, l'angle compris entre la face conique et un plan perpendiculaire à l'axe de l'alésage étant compris entre 1/2 degré et 4 degrés.
Deux exemples d'écrous suivant l'invention sont illustres dans les dessins annexés dans lesquels :
Figure 1 est une coupe axiale à travers une forme d'écrou et
Figure 2 est une coupe semblable à travers une autre forme modifiée d'écrou .
Comme montré à la figure 1, on a muni un écrou 2 d'un filet intérieur 4 qui comprend une section de filet initiale 6 comprise entre un plan d'extrémité 8,- perpen- diculaire à l'axe du vissage lors du serrage, ou entre la face intérieure 12 de 1'écrou et un plan 10 espacé d'une distance de l'ordre de trois fois le pas, du plan 8.
La section initiale 6 nasse à une section de filet inter- médiaire ou de transition 14 s'étendant entre un plan 10 et un plan 16. La section de filet 14 passe en une section de filet extérieure 18 qui, dans le présent exem- ple, s'étend jusqu'à une face supérieure ou extérieure 20
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de l'écrou mais qui, en variante, peut s'étendre à une bague ce serrage filetée ou pièce introduite ou jusqu'à une section quelconque de filet de blocage proche de la face extérieure 20 ou comprise dans une partie de manchon de blocage étroite s'étendant de la section de filet 18 jusqu'au bord extérieur de l'écrou .
La section à filet extérieur 18 comprend un ou plusieurs tours de filet d'une forme de filet standard st formé entre les limites d'un grand diamètre standard admissible ou diamètre à la racine et d'un ptit diamètre standard ou diamètre à la crête. Comme illustré, le tronçon 18 comprend un filet en forme de V standard à angle de 60 , de la forme de filet dite"American thread" ou Unified thread", et les sections 6 et 14 comprennent des variantes de cette même forme de filet standard, le grand diamètre ou diamètre à la racine du filet étant constant ou- uniforme sur les trois tronçons filetés.
Le tronçon de filet initial 6 comprend un certain nombre de tours de filet ayant des surfaces de crête s'amincissant en forme de c8ne , 22, concentriques à l'axe du filet 24. L'angle @ sommet ou angle inclus du cône qui forme les surfaces de crête 22 peut être de l'ordre de 8 à 60 et il sera compas de préférence entre 8 et 32 Les lignes 23, qui indiquent la paroi du cône formée par les surfaces de crête 22, recoupent la face de serrage de l'écrou 12 au plan 8 de la face 12 , pour un diamètre de base D qui est compris entre le diamètre primitif P et ce diamètre primitif plus une fois et demi la profondeur nominale du filet pour le filet standard de la section filetée 18.
En s'exprimant mathématiquement, D>P et D < P+ 3h où Dest égal au diamètre de base du c8ne dans le plan 2 @ 8 de la face de serrage 12, P égale le diamètre primitif du filet et h égale la hauteur nominale du filet pour le
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filet intérieur qui est égale à 0,54127 fois le pas p du filet pour la série des filets "Unifié "et égale à 0,649519 fois le pas p pour la série des filets dits "Américam".
Dans la section initiale 6, toutes les parties des tours de filet comprises entre le diamètre primitif ou le eercle 26 et le grand diamètre 28, ou les surfaces à la racine 30, sont formées comme parties d'un filet aant un angle ce filet plus petit que l'angle de filet de la section de filet standard 18. De préférence, dans la sec- tion de filet 6, les parties des filets comprises entre le cercle primitif et le grand diamètre sont formées avec un angle de filet de l'ordre de 0 ( flancs parallèles) à 29 . Dans l'exemple montré à la figure 1 des dessins, les parties de base des tours de filet comprises entre le cer- cle primitif et le cercle ayant le diamètre à la racine sont formées avec un angle de filet de 14 , c'est-à-dire que l'angle compris entre les flancs opposés du filet 32 est de 14 .
Les surfaces à la racine plates 30 sont reliées aux flancs 32 par des surfaces formant congé ou arrondies 34 pour donner la résistance voulue à la fatigue ou au cisaillement.
Un ou plusieurs tours da filet compris dans la sec- tion 6 ont des portions+ crête telles qu'indiquées en 35 qui s'étendent vers l'intérieur à partir du cercle primitif 26 et étai sont formées avec le même angle d e filet que le filet de la section 18. Comme montré aux dessins, les parties 35 sont formées avec un angle de filet de 60 .
On remarquera qu'à l'intérieur de la section 6 ,le filet est plus mince dans la légion de base , c'est-à-dire entre le cercle primitif et le plus grand diamètre, que le filet dans la section 18 ,mais au cercle primitif
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La largeur du filet est la même dans la section 6 que dans les sections 14 et 18.
Ainsi, il sera clair que, comme montré à la figure 1 des dessins, la section initiale 6 comprend un ou plusieurs tours de la partie de base d'un filet à fraisage à 14 ou d'un filet allant en rétrécissant longitudinale- ment,et un ou plusieurs tours d'un filet à deux parties,ayant une partie de base consistant en un filet à 14 et une par- tie de créte partielle consistant en un filet à fraisage à 60 ou filet allant en se rétrécissant longitudina- lement.
Dans la section intermédiaire ou de transition 14, le fi let comprend un certain nombre de tours d'un petit dia- mètre ou diamètre de crête uniforme égal au diamètre de crête ou petit diamètre du filet de la section de filet standard 18. Dans cette section, les parties de crête 36 à l'intérieur du cercle primitif sont d'une forme de filet standard à 60 tandis que les patties de base du filet entre le cercle primitif et le cercle de grand diamètre ou diamètre à la racine varient progressivement et graduel- lement de la forme de filet à 60 de la section 18, à la forme de filet à 14 de la section 6,
à un taux de changement déterminé par l'angle prédéterminé 38 de coneité du taraud et 'qui est de l'ordre de 2 à la suivant la longueur de l'écrou. Le rétrécissement 38 recoupe le cercle primitif au plan 16 et recoupe le plan 10 à un diamètre de base qui est égal au plus petit grand diamètre admissible du filet, c'est-à-dire la dimension de filet nominale.
Ainsi, dans la section 14 et en commençant au cercle primitif., la partie de base du filet change graduellement d'une forme de filet à 60 à une forme de filet à 14 , les lon- gueurs de flancs de filets opposés qui définissent l'angle de
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filet de 60 diminuant graduellement lorsque les sur- faces cb flancs 42 de l'angle d e filet à 14 augmentent graduellement en longueur jusqu'à ce que les flancs 42 droissants de la forme de filet à 14 atteignent les congés
34 et se fondent avec les mêmes flancs 32 de la section
6. L'angle de conicité ou de rétrécissement 38 est calculé pour donner un minimum d'un tour de filet complètement changé dans la section 6 et un filet standard complet dans la section 18.
On remarquera que le filet 4 sur toutes les trois sections est d'un pas constant et que dans les sections
14 et 18, il est d'une hauteur de filet constante et d'une forme de filet uniforme entre le petit diamètre ou diamè- tre de crête et le diamètre primitif.
On remarquera aussi que les tours de filet de la section intermédiaire transition 14 comprennent deux parties 36 et 44 à forme de filet à 60 écartées radiale- ment par une section 46 à forme de filet à 14 . La grande surface de c8ne 48 , dont l'angle au sommet est double de l'angle de taraud conique 38, forme une surface de racine conique interrompue 48 pour la section 46 à forme de filet à 14 , la longueur de l'interruption de la surface 48, à la portion de base 44 de la section en filet de 60 , diminuant graduellement lorsque les flancs 42de la section à forme de filet de 14 augmenterez longueur ou en hauteur.
La durée de vie à l'égard de la fatigue du boulon avec lequel on fait usage de l'écrou peut être augmente encore en prévoyant à la surface de serrage 12 de l'écrou une surface concave ou fraisée 50 inclinée par rapport au plan
8 de la face de serrage active 12 à un angle qui est de préférence de l'ordre de 1/2 à 4 . Dans la forme de réali- sation préférée, cet angle est d'l . La surface dégagée
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50 de l'écrou peut recevoir des formes autres que coniques pourvu que le jeu axial au diamètre de racine du filet entre la face de s errage de travail 12 ou le plan 8 et la surface dégagée 50 soit égal au jeu axial au diamètre de racine du filet assuré par une surface conique dans l'ordre angulaire spécifié.
Il s era évident de la description précédente que l'é- crou suivant l'invention a : (1) un ou deux tours de filet d'une première section voisine de la face de serrage de l'écrou dans laquelle la largeur du filet à la racine ou à la base est sensiblement moindre que la largeur des parties de racine des tours de filet restants qui sont écartés de la face de serrage ou qui sont proches de l'extrémité opposée de l'écrou.
Une manière de réaliser ceci consiste à réaliser la partie de base du filet de l'écrou avec un angle de filet plus petit que le filet standard de la section de filet à partir de la face de serrage; (2) un filet qui est d'une profondeur décrois- sante depuis un point écarté de la face de s errage jusqu'à la face de serrage; (3) une face de serrage avec une surface concave ou dégagée entourant l'alésage de l'écrou.
Des essais de fatigua extensifs des 'combinaisons d'écrous et de boulons dans lesquelles l'écrou comportait toutes les particularités ou bien une ou plusieurs des particularités précitées ont conduit aux conclusions suivantes : (A) des écrous à longueur standard ayant d es filets en V standards qui, près de la face de serrage, sont rétrécis ou dont la profondeur varie dans les limites spécifiées ci- dessus augmentent considérablement la durée de vie en présence de fatigue , de la combinaison boulon-écrou.
@ (B) des écrous, quelle que soit leur longueur , dans lesquels la partie de base des tours de filet ou hauteur pleine ou partielle du filet près de la face de serrage a été dégagée
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en conformant ou en découpant les flancs de filet à un angle de filet plus petit que l'angle de filet standard de la partie de base des tours de filet restants, augmentent gran- dement la résistance à la fatigue des combinaisons boulon- et écrou.
(C) des écrous, quelle que soit leur longueur, lorsqu'ils sont munis d'une face de serrage concave dans les limites spécifiées ci-dessus, augmentent grandement la résistance à la fatigue de la combinaison boulon-écrou et réduisent considérablement la dispersion à l'égard de la fatigue, d'un boulon à un autre.
(D) des écrous réalisant les particularités (B) et (C) ci-dessus, produisent les résultats indiqués dans le tableau suivant dans lequel la colonne 1 représente la résistance statique nominale du boulon exprimée en milliers de livres par pouce carré, la colonne 2 indique la durée de vie en présence de fatigue, nominale, sous charge dynamique à une valeur de charge donnée exprimée en milliers de livres par pouce carré et la colonne 3 indique l'allure obtenue pour le boulon à l'égard de la fatigue avec de tels écrous dans des conditions de charge dynamique à des valeurs de charge données, indiquées à la colonne 2 et pour des charges sensi- blement supérieures qui produisent la résistance à la fatigue voulue indiquée à la colonne 2.
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Col. <SEP> 1 <SEP> Col.2 <SEP> Col. <SEP> 3
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(E)
diverses autres combinaisons des trois parti- cularités et des combinaisons des trois particularités prises toutes ensemble augmentent la longévité en présence de fatigue des parties taraudées à des degrés ou à des valeurs qui, actuellement , ne peuvent être mesurées parce que la défail- lance du boulon se produit alors dans des régions de la tête du boulon plutôt que dans les parties taraudées.
Des écrous et d'autres dispositifs de fixation à filet intérieur réalisant une ou plusieurs combinaisons ou des combinaisons totales des particularités de l'invention ont les avantages suivants : (1) on peut utiliser ces boulons , en particulier des boulons à grande résistance à la traction standards sous des charges dynamiques sensiblement plus élevées ou pour réaliser une résistance à la fatigue sensiblement plus élevée.
(2) on peut utiliser des écrous de longueur moindre et de poids plus faible en perme+tant ainsi des réductions du poids des é crous employés.
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(3) on peut utiliseras écrous d'acier avec des boulons d'alliages au titanium travaillant à la tension en permettant aux fabricants de dispositifs de fixation de garantir une longévité satisfaisante du boulon en présence de fatigue pour la combinaison.
(4) on peut procurer des combinaisons de fixation d'une plus grande sécurité et d'une plus grande résistance à la fatigue à des températures élevées et capables de satisfaire à des exigences à des températures plus élevées que celles auxquelles on peut satisfaire avec des combinaisons de fixa- tion existantes.
Un écrou réalisant les particularités delà présente invention peut être fabriqué en taraudant d'abord 1-' alésage de l'écrou avec un taraud standard et en retaraudant ensuite les tours de filet au .'bas, c'est-à-dire les tours de filet proches de la face de serrage ]2,avec un taraud qui a le même diamètre primitif et le même plus grand diamètre que le taraud standard mais avec un angle compris dans les flancs de 14 .
En variante, le filet intérieur peut être forte à l'aide d'un taraud composite, dont la section de tête comprend un taraud à filet standard de 60 . A la suite de cette section de tata, le filet du taraud est une suite de la même hélice que celle du filet de la section de tête , mais avec un angle entre flancs de 14 . On taraude l'écrou en introduisant le taraud dans l'alésage à partir de la face de serrage et en taraudant ensuite l'écrou de la façon ordinaire, et on termine l'opéra- tion de taraudage lorsqu'une langueur prédéterminée du taraud a été introduite. La partie de tête de la section de fi- let à 14 du taraud peut être taraudée depuis l'extérieur à partir de l'extrémité avant de cette section jusqu'à la profondeur de filet à 14 complète à l'extrémité de la section à l'angle de taraudage conique 38.
Le filet à 60 à l'avant de l'écrou dans la section de filet à 60 à la tête du taraud
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se trouve ainsi modifié par les parties coniques et planes de la section de filet à 14 , comme indiqué à la figure 1 des dessins. l'alésage de l'écrou avant taraudage , ou le filet près de la face de serrage après taraudage , peuvent être l'objet d'un fraisage ou d'une conicité avec un angle de conicité ou de fraisage prédéterminé et sur une profondaur prédéterminée désirée et jusqu'à ce que la crête du fraisage ou de laco- nicité du filet initial recoupe la face de serrage de l'écrou dans les limites de diamètre spécifiées ici. Avant ou après le taraudage, la face de serrage peut être évidée - autour de l'alésage de l'écrou par un outil de fraisage convenable.
Dans l'exemple montré à la figure 2 des dessins, les flancs 42 de la section à forme de filet à 140 46 de la section de filet transitoire 14 ne se terminent pas vers l'intérieur à une surface de racine conique comme la surface de racine 48 de la figure 1 mais sont reliés aux flancs de la partie de base à forme de filet à 60 , 44, ou à la surface de racine de la forme de filet à 60 par des flancs 52 formés suivant un angle compris 54, de l'ordre .de 120 .
Cette forme de filet peut être produite en utilisant un taraud ayant les flancs de la forme de .filet à 14 meulé vers l'inté- rieur à partir des crêtes suivant un angle compris égal à l'angle 54 et commençant dans le plan 10 pour augmenter uniformément les profondeurs suivant la détermination de l'angle de taraud conique 38.
Par rapport à la forme de filet montrée à la figure 2, on peut remarquer que le taraud ou la partie de taraud pour former les sections de f ilet 6 et 14 peuvent avoir une vie utile plus grande que le taraud ou la partie de taraud pour former les sections 6 et 14 du filet montrées à la figure 1, bien que les frais initiaux des tarauds puissent être plus grands
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Les améliorations surprenantes en ce qui concerne la longévité en présencecb fatigue ,
et la diminution de la dispersion à l'égard ce la fatigue des boulons lorsque l'on les utilise en combinaison avec des écrous qui comprennent une ou plusieurs ou toutes les particularités de la présente invention s'avèrent résulter d'une distribution meilleure et plus uniforme de la charge dans la direction axiale des filets coopérant de l'écrou et du boulon ; compensation meilleure de l'allongement du boulon et d'un raccourcisse- ment ce l'écrou sous la charge dynamique; d'une meilleure capacité de céder du filet de l'écrou et d'une redistribution conséquente de la charge avec des changements dans l'applica- tion de la charge dynamique ;
aptitude à céder de façon compensée préférentielle du filet de l'écrou dans les tours proches de la face de serrage lorsque la charge dynamique varie, avec une application plus uniforme des forces de serrage à l'utilisation.
REVENDICATIONS.-
1!invention consiste en un dispositif de fixation à écrou ou à autre filetage ayant uneface de serrage et pré- sentant une ou plusieurs des combinaisons suivantes prises séparément ou en combinaison : (a) le filet possède deux parties d'angles de filet différents, la partie avec l'angle de filet le plus petit étant proche de la face de s errage. De préférence , l'angle le plus petit est compris entre 0 degré et 29 degrés et le plus grand angle est un angle de filet standard tel que 60 degrés.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.