DOMAINE TECHNIQUE

L'invention appartient au domaine des fixations mécaniques.

Plus particulièrement, l'invention appartient au domaine des fixations mécaniques à verrouillage positif.

ETAT DE L'ART

Un problème soulevé dans la fixation d'un ensemble structurel par fixations filetées est celui du desserrage en utilisation, généralement conséquence des vibrations. Des dispositifs de verrouillage positif sont mis en œuvre pour résoudre ce problème.

Il est connu d'utiliser des fils frein pour éviter le desserrage des fixations par vibrations. Un inconvénient de tels fils est qu'ils ne limitent pas suffisamment le relâchement des fixations.

La demande de brevet américain US 5 360 303 décrit un dispositif pour verrouiller un écrou sur une vis. Le dispositif comprend un capuchon placé sur l'écrou et une partie filetée de la vis traversée par un trou radial. Des trous placés sur une circonférence du capuchon permettent d'insérer une goupille à travers le trou radial et des trous du capuchon lorsque ceux-ci sont alignés.

La position relative du capuchon relativement à l'écrou étant limitée à un nombre donné de configurations dépendant d'un nombre de dents formées dans le capuchon pour être engagé sur des pointes de l'écrou, un inconvénient de cette solution est que, malgré un nombre augmenté de positions du capuchon par rapport à l'écrou, l'alignement du trou radial avec l'un des trous du capuchon n'est pas toujours possible, suivant la position de l'écrou après installation de la fixation. Il peut donc être nécessaire de resserrer l'écrou de manière à pouvoir insérer la goupille dans le capuchon et le trou radial, l'écrou n'étant plus alors serré au couple nominal.

EXPOSE DE L'INVENTION

L'invention se propose de résoudre les problèmes de l'art antérieur.

L'invention concerne un capuchon destiné à s'engrener avec un écrou et destiné à recevoir une goupille, ledit écrou comportant une portion de serrage de période angulaire Θ autour d'un axe principal dudit écrou, ledit capuchon étant sensiblement de révolution autour d'un axe principal et comportant :

une portion de blocage à une première extrémité, ladite portion de blocage déterminant une surface intérieure correspondant à un logement destiné à s'engrener avec la portion de serrage de l'écrou de sorte que l'axe principal dudit écrou est sensiblement confondu avec l'axe principal du capuchon lorsque ledit capuchon est en place sur ledit écrou ;

une portion de verrouillage à une seconde extrémité, une paroi latérale de ladite portion de verrouillage comportant au moins une paire d'ouvertures traversantes adaptées pour recevoir la goupille, lesdites ouvertures d'une paire étant agencées symétriquement par rapport à l'axe principal, suivant une direction définie par des centres desdites ouvertures de la paire, les ouvertures étant similaires en dimensions avec une hauteur h suivant la direction de l'axe principal et une longueur définie par un secteur angulaire φ destiné à permettre un mouvement d'une partie rectiligne de la goupille dans n'importe laquelle de l'au moins une paire d'ouvertures, lesdites ouvertures étant situées sensiblement à une même hauteur dudit axe principal ; lesdites portions de blocage et de verrouillages étant fixes et solidaires entre elles et ledit capuchon étant caractérisé en ce que le secteur angulaire φ est égal à :

Θ

φ ⁼ Ν où N désigne un nombre de paires d'ouvertures.

Dans une forme de réalisation, la portion de verrouillage comporte au moins deux paires d'ouvertures et les paires d'ouvertures sont disposées de telle sorte que :

- pour chacune desdites paires d'ouvertures, quelle que soit la position dudit capuchon lorsque celui-ci est en place sur l'écrou, une paire d'ouvertures couvre une même et unique portion d'un secteur angulaire élémentaire, d'amplitude angulaire Θ, ladite portion étant associée à une portion du motif élémentaire de la portion de serrage de l'écrou ;

- une réunion des portions du secteur angulaire élémentaire couvertes par la moitié des ouvertures desdites paires d'ouvertures couvre l'intégralité dudit secteur angulaire élémentaire.

Dans une forme de réalisation, les ouvertures sont des encoches.

Dans une forme de réalisation, les ouvertures sont des trous oblongs.

Dans une forme de réalisation, la portion de blocage et la portion de verrouillage sont raccordées entre elles par une portion de raccordement.

Dans une forme de réalisation, le capuchon comporte un plateau fermant ledit capuchon à la seconde extrémité.

L'invention concerne également, une fixation à verrouillage positif comportant : une vis présentant une portion filetée comportant un trou radial traversant ladite portion filetée ;

un écrou destiné à être mis en place sur la vis, ledit écrou comportant une portion de serrage dont une surface externe définit dans un plan horizontal un profil de période angulaire Θ autour d'un axe principal dudit écrou ; ladite fixation étant caractérisée en ce qu'elle comporte en outre :

un capuchon selon l'invention, un volume intérieur de la portion de verrouillage étant de dimensions définies pour contenir une extrémité libre de la vis dépassant de l'écrou, ledit capuchon étant par ailleurs destiné à s'engrener avec la portion de serrage de l'écrou, la surface intérieure de la portion de blocage formant une empreinte complémentaire du profil de la portion de serrage et le secteur angulaire φ étant égal à une fraction de la période angulaire dudit profil ;

une goupille présentant une partie rectiligne destinée à être insérée dans une paire d'ouvertures du capuchon et dans le trou radial de la vis, lorsque lesdits trou et ouvertures sont alignés, de sorte à verrouiller la fixation.

Dans une forme de réalisation :

l'écrou est un écrou à douze pans définissant un profil étoilé à douze sommets de période angulaire 30° ;

- le capuchon comporte deux paires d'ouvertures ;

le secteur angulaire φ est égal à 15° ;

Dans une forme de réalisation, la goupille comporte une partie courbe apte à épouser une surface extérieure de la portion de verrouillage du capuchon pour maintenir ladite goupille en place.

Dans une forme de réalisation, la goupille est une goupille à ressort.

Dans une forme de réalisation, une dimension radiale minimale de la première partie de la paroi périphérique est supérieure à une dimension radiale maximale de la portion filetée de la vis. L'invention concerne également une méthode de mise en œuvre d'une fixation à verrouillage positif selon l'invention. La méthode selon l'invention comporte les étapes suivantes :

insertion de la vis dans un trou pratiqué au préalable dans un ensemble structurel constitué d'éléments de structure à maintenir ensemble ;

mise en place de l'écrou sur la vis par application d'un couple de serrage ;

mise en place du capuchon sur la portion de serrage de l'écrou ; si le trou radial n'est pas aligné avec une paire d'ouvertures du capuchon, retrait du capuchon suivant une direction verticale, rotation du capuchon autour de son axe principal, dans un sens de rotation donné, d'un angle égal à la période angulaire Θ, puis remise en place du capuchon ;

insertion de la goupille dans les ouvertures et trou radial alignés.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention.

La figure 1 A représente une vue isométrique d'une fixation à verrouillage positif selon l'invention, maintenant un ensemble structurel, dans un exemple de réalisation de l'invention dans lequel le capuchon présente deux paires d'ouvertures.

La figure 1 B représente une vue isométrique avec coupe selon le plan (OYZ) du dispositif de verrouillage dans l'exemple de réalisation de la figure 1 A.

La figure 2 représente une vue de dessus d'un écrou à douze pans.

La figure 3 représente une vue en section du capuchon selon un plan horizontal médian des trous oblongs de la portion de verrouillage du capuchon dans l'exemple de réalisation de la figure 1 A. La figure 4 représente les secteurs angulaires couverts par deux ouvertures appartenant à deux paires d'ouvertures différentes, dans une forme de réalisation dans laquelle le capuchon présente deux paires d'ouvertures.

La figure 5 représente une vue du capuchon en coupe selon un plan méridien.

Les figures 6a ; 6c ; 6e et 6g représentent des vues en coupe selon un plan horizontal de la vis et de l'écrou dans diverses orientations de l'écrou relativement à la vis.

Les figures 6b ; 6d ; 6f et 6h représentent des vues en coupe selon un plan médian des trous oblongs de la portion de verrouillage du capuchon.

Les figures 7a-7c représentent les jeux d'assemblage entre les divers éléments de la fixation selon l'invention.

La figure 8 représente une vue en section du capuchon selon un plan horizontal médian des trous oblongs de la portion de verrouillage du capuchon dans un exemple de réalisation dans lequel le capuchon présente une seule paire d'ouvertures.

La figure 9 représente une vue en section du capuchon selon un plan horizontal médian des trous oblongs de la portion de verrouillage du capuchon dans un exemple de réalisation dans lequel le capuchon présente trois paires d'ouvertures.

La figure 10 représente une vue isométrique d'un capuchon dans une forme de réalisation dans laquelle les ouvertures du capuchon sont des encoches.

Les figures sont des schémas de principe proposés pour une bonne compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle.

DESCRIPTION DETAILLEE

Dans la description, les termes « horizontal » et « vertical » doivent être interprétés en référence à la configuration des éléments sur les dessins et à un repère orthonormé (O ;X ;Y ;Z) associé. Une direction « verticale » est donnée par la direction de l'axe (OZ).

Un plan parallèle au plan (OXY) est donc un plan « horizontal » et tout axe d'un tel plan a une direction horizontale.

Dans toute la description, les angles sont exprimés en degrés.

En référence aux figures 1 A et 1 B, une fixation comprenant une vis 1 et un écrou 2 maintient fixés entre eux deux éléments de structure formant un ensemble structurel 5.

La vis 1 s'étend selon un axe longitudinal Δ vertical et présente une tête 1 0, un corps 1 1 et une portion filetée 1 2 traversée par un trou radial 1 20, un axe Ai dudit trou radial étant sécant et perpendiculaire à l'axe longitudinal Δ. Le trou radial 1 20 est situé dans une portion de la vis 1 dépassant de l'écrou 2 du côté opposé à l'ensemble structurel 5 lorsque l'écrou 2 est mis en place, à proximité d'une extrémité de la vis 1 , par exemple à une distance comprise entre 1 mm et 1 cm de ladite extrémité. Le trou radial 1 20 est de section adaptée au passage d'une tige de goupille a priori cylindrique de section circulaire.

Lorsque la vis 1 est installée, l'écrou 2 est vissé sur la portion filetée 12 de ladite vis avec application d'un couple nominal de serrage, de sorte que les éléments de structure de l'ensemble structurel 5 sont maintenus entre eux par la vis 1 et l'écrou 2 avec la force de pré-tension voulue.

L'écrou 2 comporte une base 20, en contact avec l'ensemble structurel 5, et une portion de serrage 21 permettant l'application du couple de serrage, au moyen d'un outil comportant une douille de forme complémentaire de ladite portion de serrage.

En référence à la figure 2, la portion de serrage 21 présente une face externe définissant, dans un plan horizontal, un profil P en forme d'étoile à douze sommets, représenté en trait plein épais sur la figure, ledit profil présentant ainsi une période angulaire Θ autour d'un axe sensiblement confondu avec l'axe longitudinal Δ lorsque l'écrou 2 est mis en place. Dans l'exemple de réalisation décrit sur les figures, l'écrou 2 est un écrou à douze pans, et la période angulaire Θ du profil est de 30 ° .

Après serrage de l'écrou 2 sur la vis 1 , un capuchon 3 selon l'invention est installé par-dessus l'écrou 2 et la vis 1 . En référence aux figures 3 et 5, le capuchon 3 comporte une portion de blocage 30 à une première extrémité et une portion de verrouillage 31 à une seconde extrémité.

Les portions de blocage 30 et de verrouillage 31 sont fixement solidaires entre elles, le cas échéant au moyen d'une portion de raccordement 34.

Le capuchon 3 détermine une forme en creux sensiblement de révolution autour d'un axe principal, lequel axe principal est sensiblement confondu avec l'axe Δ de la vis 1 lorsqu'il est mis en place.

La portion de blocage 30 détermine une surface intérieure qui correspond à un logement pour l'écrou 2 sur lequel ledit capuchon est destiné à être placé. Cette surface intérieure présente en outre une forme et des dimensions pour que non seulement la portion de blocage 30 s'engage sur la portion de serrage 21 de l'écrou mais qu'en outre une rotation du capuchon 3 vis-à-vis de l'écrou 2 soit impossible dans la position engagée. Par rotation impossible, il doit être compris sans endommagement du capuchon et dans la limite de jeux nécessaires ou inévitables pour permettre le montage du capuchon compte-tenu des tolérances de fabrication du capuchon 3 et de l'écrou 2.

La portion de blocage 30 présente par exemple une surface intérieure complémentaire de la surface extérieure de la portion de serrage 21 de l'écrou.

Une configuration du capuchon 3 vis-à-vis de l'ensemble portion filetée 12 et de la portion de serrage 21 peut être modifiée en retirant verticalement ledit capuchon, en réalisant une ou plusieurs rotations dudit capuchon autour de l'axe Δ, d'un pas angulaire de 30° égal, dans l'exemple ilustré, à la période angulaire Θ du profil P de la portion de serrage 21 , puis en replaçant le capuchon 3 verticalement. Dans l'exemple de réalisation illustré sur les dessins, il existe, de par la périodicité angulaire du profil P, douze positions angulaires possibles du capuchon 3 sur l'écrou 2, qui peuvent être obtenues à partir d'une position angulaire initiale donnée, par onze rotations successives du capuchon 3 d'un pas de 30° (ou de9 degrés) dans un sens de rotation donné ou dans l'autre.

La portion de verrouillage 31 détermine un volume intérieur dont les dimensions, déterminées par une paroi latérale de ladite portion de verrouillage, sont définies pour contenir une extrémité libre de la vis 1 sur laquelle est placée l'écrou 2. Dans une forme préférée de réalisation, le volume intérieur de la portion de verrouillage 31 est cylindrique de section circulaire d'axe l'axe principal et d'un diamètre supérieur au diamètre maximal de la portion filetée 12 de la vis 1 , par exemple le diamètre maximal de ladite portion filetée augmenté d'un jeu pour placer le capuchon sans effort et sans endommager le capuchon et ou le filet de la vis 1 .

Dans la forme de réalisation illustrée sur les figures, la portion de verrouillage 31 comporte un plateau 33 fermant la portion de verrouillage 31 à la seconde extrémité, permettant notamment de rigidifier le capuchon 3 ou d'étanchéifier la fixation. Ce plateau 33 est optionnel, le volume intérieur de la portion de verrouillage 31 pouvant être ouvert.

En outre, en référence à la figure 3, la paroi latérale de la portion de verrouillage 31 comporte deux paires d'ouvertures 32 traversantes (trous ou encoches par exemple). Les ouvertures d'une paire sont agencées symétriquement par rapport à l'axe principal suivant une direction définie par des centres desdites ouvertures de la paire considérée. Ainsi, une première paire détermine une première direction portée par un axe A ₂ et une seconde paire détermine une seconde direction portée par un axe A ₃ .

En outre, les ouvertures 32 sont toutes situées sensiblement à une même hauteur sur l'axe principal et les axes A ₂ et A ₃ forment un angle Δφ _. Dans l'exemple illustré, Δφ est égal à 75° afin de garantir une toile suffisante entre deux ouvertures 32 adjacentes. Selon la matière du capuchon, cet angle peut avoir d'autres valeurs, comme il sera compris par la suite. Dans cet exemple, toutes les ouvertures 32 sont similaires en dimensions et avec une hauteur h suivant la direction de l'axe principal et une longueur définie par un secteur angulaire φ dans le plan horizontal médian. Les dimensions des ouvertures 32 sont adaptées pour permettre l'insertion d'une partie rectiligne d'une goupille 4. Le secteur angulaire φ est déterminé par rapport à la période angulaire Θ du profil périodique P de la portion de serrage 21 de l'écrou 2, suivant la relation :

Θ

φ ⁼ 2 Dans l'exemple de réalisation illustré sur les figures, les ouvertures 32 sont des trous oblongs, la période angulaire Θ est égale à 30° , le secteur angulairecp est égal à 15° . Ainsi, les deux ouvertures 32 adjacentes couvrent le même secteur angulaire qu'un pan de l'écrou.

Lorsque le capuchon 3 est placé sur la portion filetée 12 de la vis 1 et la portion de serrage 21 de l'écrou 2, la partie rectiligne de la goupille 4 vient traverser le trou radial 120 et deux ouvertures 32 diamétralement opposées d'une paire d'ouvertures, une partie courbe de la goupille 4 venant en appui sur une surface extérieure de la seconde partie du capuchon 3 pour assurer le maintien de ladite goupille dans ledit capuchon. Une forme de la partie courbe est adaptée de manière à épouser la surface extérieure du capuchon 3. Avantageusement, la goupille employée est une goupille à ressort.

Pour permettre l'insertion de la goupille 4 dans le capuchon 3, il convient que l'axe A du trou radial soit sensiblement confondu avec l'un des axes A ₂ ou A ₃ des paires d'ouvertures, c'est-à-dire qu'un angle formé par l'axe A avec l'un des axes A ₂ ou A ₃ soit inférieur ou égal au secteur angulaire φ, égal à Θ/2 dans l'exemple illustré.

Le choix des secteurs angulaires φ couverts par les ouvertures 32 et de l'angle Δφ entre des directions des deux paires d'ouvertures 32 est tel que, quelle que soit la position du capuchon sur l'écrou, et aux tolérances de fabrication près, un premier secteur angulaire φι d'une première paire d'ouvertures se trouve toujours placé en face d'une même première demi-période de 15° d'un pan de l'écrou 2, et le deuxième secteur angulaire φ ₂ de la deuxième paire d'ouvertures 32 se trouve toujours placé en face d'une même deuxième demi- période de 15° d'un pan de l'écrou, la première et la deuxième demi-période couvrant des portions différentes du même motif, et l'ensemble des demi-périodes couvrant un pan de période Θ.

La figure 4 illustre une position relative des ouvertures 32 du capuchon 3 relativement à la portion de serrage 21 de l'écrou 2. Dans une configuration initiale du capuchon 3 vis-à-vis de l'écrou 2, dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 4, , le secteur angulaire q>i de 15° permet de couvrir avec la goupille 4 insérée dans la paire d'ouvertures 32 associée à l'axe A ₂ un secteur angulaire de 15° correspondant à une première demi-période d'un motif élémentaire du profil P, par exemple une demi-période comprenant le sommet d'un pan de l'écrou. Le deuxième secteur angulaire φ ₂ de 15° correspond à une seconde demi-période dudit motif élémentaire, par exemple la demi-période comprenant un creux d'un pan de l'écrou.

Il est donc possible, par une rotation adaptée du capuchon 3, de trouver une position du capuchon 3 permettant d'aligner sensiblement l'axe A avec l'un des axes A ₂ ou A ₃ sans modifier la position de l'écrou par rapport au perçage radial de la vis. Les secteurs angulaires φ couverts par les trous 32 ainsi que l'angle Δφ entre les directions des deux paires de trous 32 permettent donc de trouver une position du capuchon 3 permettant l'insertion de la partie rectiligne de la goupille 4 quelle que soit l'orientation relative du trou radial 120 de la vis 1 vis-à- vis de l'écrou 2.

Il convient de noter que ce raisonnement est valable pour d'autres valeurs de l'angle Δφ, par exemple 45° , 105° ou 135° . Ces valeurs correpondent à des multiples entiers impairs, différents de 1 , de la demi-période angulaire égale à Θ/2. Pour les exemples cités, une rotation de un pas, trois pas ou quatre pas de 30° respectivement permet de couvrir un secteur angulaire élémentaire donné.

Les figures 6a à 6d montrent les positions extrêmes du capuchon 3 relativement à la goupille 4 pour un angle formé entre la vis 1 et l'écrou 2 variant de -7,5° à 7,5° , cet angle étant défini comme l'ande entre l'axe A du trou radial 120 et un axe horizontal coupant l'axe Δ et passant par un point de référence M de la portion de serrage 21 . Cette première plage de valeurs peut être couverte entièrement par une première paire d'ouvertures 32.

Les figures 6e à 6h montrent les positions extrêmes du capuchon 3 relativement à la goupille 4 pour un angle formé entre la vis 1 et l'écrou 2 variant de 7,5° à 22,5° . Cette seconde plage de valeurs ne peut être couverte par la première paire d'ouvertures 32, le capuchon 3 est donc tourné d'un seul pas pour que la seconde paire d'ouvertures 32 soit sensiblement alignée avec le trou radial 120. La seconde paire d'ouvertures 32 couvre cette seconde plage de valeurs, et ainsi une plage de 30° a bien été couve ^r te. De par la périodicité du profil de la portion de serrage 21 , il est donc possible de mettre en place le capuchon 3 pour n'importe quelle orientation de l'écrou 2 par rapport à la vis 1 . Le capuchon 3 permet le verrouillage de l'écrou 2, et la goupille 4 permet le verrouillage de la vis 1 et du capuchon 3. Le dispositif de verrouillage selon l'invention permet ainsi un verrouillage positif de la fixation, la présence du capuchon 3 et de la goupille 4 permettant de limiter le possible desserrage de l'écrou 2 vis-à-vis de la vis 1 .

En référence aux figures 7a-7c, il existe des jeux inhérents au montage de la fixation selon l'invention. La figure 7a illustre le jeu angulaire maximal existant entre l'écrou 2 et le capuchon 3. La figure 7b illustre le jeu maximal existant entre la goupille 4 et le capuchon 3. La figure 7c illustre le jeu maximal existant entre la goupille 4 et la vis 1 .

En pratique, la fixation selon l'invention présente un desserrage maximal d'environ 27° du fait de l'existence de ces jeux, correspondant à une perte de précontrainte maximale d'environ 9%. On entend par perte de précontrainte maximale la perte de précontrainte dans le scénario le plus pessimiste de desserrage de la fixation, c'est-à-dire un desserrage maximal.

Il convient de noter que ce raisonnement n'est pas limité à l'exemple de réalisation illustré mais peut s'étendre à tout profil P de la portion de serrage 21 présentant une période angulaire Θ strictement inférieure à 90° . Un avantage de l'invention est qu'elle permet un verrouillage positif de la fixation sans avoir à modifier le serrage nominal de l'écrou 2 lors de son installation, pour permettre l'alignement du trou radial 120 avec les ouvertures 32 du capuchon 3.

Egalement, ce raisonnement peut être généralisé à un nombre N de paires d'ouvertures 32 supérieur ou égal à 1 , le secteur angulaire φ étant alors égal à :

Θ

φ ⁼ Ν

Un angle Δφ _ρ , où p est un entier compris entre 1 et N-1 , entre une direction d'une p-ième paire de trous 32 et une direction d'une paire de trous de référence est tel que :

pour chacune des paires d'ouvertures 32, quelle que soit la position du capuchon 3 lorsque celui-ci est mis en place sur l'écrou 2, une paire d'ouvertures 32 couvre une même et unique portion d'un secteur angulaire élémentaire d'amplitude angulaire Θ, ladite portion étant associée à un portion du motif élémentaire de la portion de serrage 21 de l'écrou 2 ;

une réunion des portions du secteur angulaire élémentaire couvertes par la moitié des ouvertures desdites paires d'ouvertures couvre l'intégralité dudit secteur angulaire élémentaire.

Pour obtenir ces deux conditions, l'angle entre deux directions de paires d'ouvertures est par exemple de la forme : où 1 <p≤N-1 .

Il convient de noter que deux paires d'ouvertures ne doivent pas être séparées d'un angle multiple de la période angulaire Θ, sans quoi l'une des deux paires serait redondante, puisque les deux paires d'ouvertures seraient alors associées à une même portion du secteur angulaire élémentaire.

Le nombre de paires d'ouvertures 32 peut par exemple être égal à 1 , comme illustré figure 8.

Le nombre de paires d'ouvertures 32 peut également être supérieur ou égal à 3, comme illustré sur la figure 9 représentant un capuchon 3 présentant 3 paires d'ouvertures. Dans cet exemple, la période angulaire Θ est de 30° , le secteur angulaire φ est de 10° . Une première paire de trous 32 est séparée d'une paire de trous de référence d'un angle Δφ de 40° . Une seconde paire de trous est séparée d'un angle Δφ ₂ de 1 10° de ladite paire de trous de référence.

Les ouvertures 32 peuvent également être des encoches, comme illustré sur la figure 10.