La présente invention se rapporte à une rondelle autobloquante permettant de maintenir bloqué en rotation un système vis/écrou.

Des rondelles autobloquante connues comprennent deux couronnes appliquées coaxialement l'une contre l'autre et elles sont adaptées à venir en prise entre un élément d'appui et un écrou, tandis qu'une tige filetée relie l'élément d'appui et l'écrou en traversant la rondelle. Elles présentent chacune une face d'applique et une face d'appui opposée nervurée. Les faces d'applique des couronnes viennent coopérer l'une avec l'autre et chacune présente, des dents radiales asymétriques. Ces dents radiales asymétriques présentent, d'une part une crête et un fond de dent espacé angulairement de la crête d'un angle sensiblement inférieur à 60°, et d'autre part deux flancs opposés de chaque côté de la crête. L'un des flancs est sensiblement incliné par rapport au plan moyen défini par la couronne, et il s'étend angulairement entre ladite crête et ledit fond de dent. Il est destiné à former un flanc de glissement. L'angle de plus grande pente des flancs sensiblement inclinés par rapport au plan moyen doit être sensiblement supérieur à l'angle d'hélice du système vis/écrou. L'autre flanc est sensiblement perpendiculaire au flanc incliné de la dent suivante et il constitue un flanc d'arrêt. Les faces d'applique desdites couronnes sont alors destinées à être appliquées l'une contre l'autre, de manière à ce que, d'une part les flancs inclinés de glissement viennent respectivement en contact les uns contre les autres, et d'autre part, les flancs d'arrêt viennent respectivement en butée les uns contre les autres.

Aussi, lorsque l'écrou est vissé sur la tige filetée, les flancs d'arrêt en butée permettent de maintenir les couronnes bloquées en rotation l'une par rapport à l'autre. La rondelle autobloquante est alors prise en étau entre l'élément d'appui et l'écrou, et les faces d'applique sont entraînées axialement l'une contre l'autre à force sous pression. En revanche, lorsque l'écrou, à l'inverse, tend à se dévisser, il entraîne en rotation la couronne contre laquelle il s'appuie, et partant, les flancs de glissement de cette couronne sont entraînés en glissement contre les flancs de glissement de l'autre couronne en formant rampe. De la sorte, les couronnes s'écartent axialement l'une de l'autre selon une amplitude supérieure à celle du mouvement de translation de l'écrou par rapport à la vis. Et partant, la tension axiale qui s'exerce dans le système vis/écrou s'accroît de façon importante. De ce fait, les forces de frottement naissant dans le système vis/écrou, augmentent considérablement et provoquent le blocage en rotation de l'écrou. Plus concrètement, le flanc de glissement étant incliné par rapport à l'axe du système vis/écrou selon un angle supérieur à celui de l'angle d'hélice dudit système, dès lors que l'écrou entraîne en rotation la couronne lorsqu'il se desserre, cette dernière est entraînée axialement contre lui, et par effet de coin vient le bloquer.

Ce type de rondelle, est notamment décrit dans le document EP0131556. Toutefois, les rondelles de ce type présentent des inconvénients, notamment de tenue mécanique et de longévité lorsque les matériaux utilisés pour leur réalisation présentent de faibles caractéristiques mécaniques.

Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir une rondelle autobloquante qui soit plus résistante malgré ses faibles caractéristiques mécaniques.

Dans ce but, la présente invention propose une rondelle autobloquante destinée à être comprimée axialement entre un élément d'appui et un élément vissable, ladite rondelle autobloquante comprenant deux couronnes présentant chacune une face d'applique et une pluralité de dents située sur ladite face d'applique, chacune desdites dents présentant une crête s'étendant selon une direction radiale de la couronne et deux flancs opposés s'étendant de chaque côté de ladite crête, l'un des flancs de chacune des dents de l'une desdites couronnes étant apte à venir en appui contre l'un des flancs de chacune des dents de l'autre desdites couronnes lorsque ledit élément vissable est vissé, tandis que l'autre des flancs de chacune des dents de ladite une desdites couronnes est apte à être entraîné en glissement en formant rampe contre l'autre des flancs de chacune des dents de ladite autre desdites couronnes lorsque ledit élément vissable se dévisse de manière à pouvoir écarter axialement lesdites couronnes l'une de l'autre pour provoquer le blocage en rotation dudit élément vissable. Selon l'invention, la largeur des dents de ladite une desdites couronnes qui s'étend entre lesdits deux flancs opposés selon une direction sensiblement perpendiculaire à ladite direction radiale, est inférieure à la largeur des dents de ladite autre desdites couronnes de manière à pouvoir former un jeu entre ledit autre des flancs de chacune des dents de ladite une desdites couronnes et ledit autre des flancs de chacune des dents de ladite autre desdites couronnes.

Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en œuvre de deux couronnes, dont l'une présente des dents moins larges que les dents de l'autre couronne, de manière à pouvoir former un jeu entre les dents des deux couronnes. Autrement dit, ladite largeur des dents de ladite une desdites couronnes est inférieure à la distance qui s'étend entre les dents de ladite autre desdites couronnes. De la sorte, lorsque l'élément vissable est vissé, les couronnes sont entraînées à force en rotation l'une par rapport à l'autre et l'un des flancs de l'une des couronnes est entraîné en appui contre l'un des flancs de l'autre couronne. A l'inverse, lorsque l'élément vissable se dévisse, l'autre des flancs de ladite une des couronnes ne vient pas immédiatement en contact avec l'autre des flancs.

En outre, lesdites faces d'applique présentent des fonds de dent situés entre chacune desdites dents, et les crêtes des dents viennent respectivement en appui dans lesdits fonds de dent. Aussi, le nombre de dents de ladite une desdites couronnes est identique au nombre de dents de ladite autre desdites couronnes. Ainsi, la crête des dents de ladite une desdites couronnes vient prendre appui dans les fonds de dent de ladite autre desdites couronnes, tandis qu'à l'inverse, la crête des dents de ladite autre desdites couronne vient en appui dans le fond des dents de ladite une desdites couronnes. De la sorte, lorsque les deux couronnes de la rondelle autobloquante sont comprimées axialement dans le système vis/écrou, les contraintes qui s'exercent alors sur les dents sont uniformément réparties et ne risquent pas de les endommager.

Cette caractéristique est particulièrement avantageuse, lorsque lesdites couronnes sont réalisées dans un matériau composite. En effet, ces matériaux composites présentent des caractéristiques mécaniques sensiblement inférieures aux aciers inoxydables par exemple, et ils sont donc plus fragiles. De préférence, ledit matériau composite comprend une matrice thermodurcissable. Il est alors plus résistant à haute température. Au surplus, ledit matériau composite comprend avantageusement des fibres de renforcement, en carbone par exemple, de manière à pouvoir présenter des caractéristiques mécaniques supérieures par rapport aux autres types de composite.

Selon un mode de mise en œuvre de l'invention particulièrement avantageux, la section desdites dents de ladite autre desdites couronnes par un cylindre coupant coaxialement ladite autre desdites couronnes définit un profil sensiblement sinusoïdal desdites dents. De la sorte, les dents présentent un profil régulier avec des fonds de dent et des crêtes, arrondis selon un même profil. Ainsi, dans une position d'équilibre, les dents de ladite une desdites couronnes tendent à venir en appui dans le fond des dents de ladite autre desdites couronnes, et lorsque le système vis/écrou tend à se dévisser, la crête des dents de ladite une desdites couronnes quitte le fond de dent pour être entraîné en glissement contre l'autre des flancs des dents de ladite autre couronne. Aussi, compte tenu du profil sinusoïdal des fonds de dent, les couronnes vont s'écarter l'une de l'autre plus rapidement qu'elles ne se décalent angulairement l'une de l'autre. Ainsi, l'effet de coincement avec la tige filetée, qui provoque l'autoblocage du système vis/écrou est progressif.

Selon un autre mode de mise en œuvre, les fonds de dent et les crêtes présentent également un profil arrondi, définis par une courbe parabolique. Une telle forme permet d'obtenir l'autoblocage du système vis/écrou pour un plus faible décalage angulaire des deux couronnes, soit plus rapidement.

Selon une variante de réalisation particulièrement avantageuse, la rondelle autobloquante présente une forme générale conique. Ainsi, lors du serrage du système vis/écrou elle tend à s'aplatir en générant un effort axial. Grâce à cet effort axial, lorsque le système vis/écrou se desserre, les couronnes restent en contact l'une contre l'autre, et partant, leur mode de coopération demeure intacte pour bloquer le desserrage.

De plus, lesdites dents présentent une hauteur, entre ledit fond de dent et ladite crête, comprise entre 1 /10 ^e et 1 /15 ^e de la distance s'étendant entre deux crêtes contiguës. Ainsi, les dents forment sur la face d'applique des couronnes, des ondulations d'une relativement faible amplitude. De la sorte, leur cohésion avec la couronne est forte bien que l'ensemble soit réalisé dans des matériaux composites. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :

- la Figure 1 est une vue schématique en perspective d'une rondelle autobloquante selon l'invention ;

- la Figure 2 est une vue en élévation de face d'un système vis/écrou incluant une rondelle autobloquante conforme à l'invention ;

- la Figure 3 est une vue schématique de détail en coupe de la rondelle autobloquante illustrée sur la Figure 1 ;

- la Figure 4 est une vue schématique de détail de la Figure 3; et,

- la Figure 5 est un graphique illustrant la mise en œuvre du système vis/écrou incluant une rondelle autobloquante conforme à l'invention telle qu'illustrée sur la Figure 2.

La Figure 1 illustre une rondelle autobloquante 10 comprenant une couronne inférieure 12 et une couronne supérieure 14, lesquelles présentent respectivement une face d'applique inférieure 16 et une face d'applique supérieure 18. A l'opposé des faces d'applique 16, 18, les couronnes inférieure 12 et supérieure 14 présentent respectivement des faces d'appui opposées 15, 17. Les deux couronnes supérieure 14 et inférieure 16, d'axe de symétrie A, présentent un même diamètre intérieur Di, tandis que le diamètre extérieur Dei de la couronne inférieure 12 est supérieur au diamètre extérieur Des de la couronne supérieure 14 de manière à former un décrochement externe 20. De telles caractéristiques permettent d'identifier les couronnes 12, 14 et de constituer des moyens de détrompage.

Les faces d'applique inférieure 16 et supérieure 18 présentent respectivement des dents inférieures 22 et des dents supérieures 24. Les dents inférieures 22 et supérieures 24 sont respectivement engagées les unes dans les autres pour former la rondelle 10. Elles sont en outre respectivement uniformément réparties dans le pourtour des couronnes 12, 14. Les dents sont par exemple au nombre de dix par couronnes. On observera que les dents 22, 24 présentent une forme générale ondulée et qu'elles sont amenées à coopérer les unes avec les autres. On détaillera dans la suite de la description cette forme particulière, après avoir décrit le mode de réalisation des couronnes.

Ainsi, les matériaux utilisés pour la réalisation des couronnes 12, 14 présentent de faibles caractéristiques. Il s'agit par exemple, dans une variante de réalisation, de matériaux métalliques peu coûteux. Selon une autre variante avantageuse, on utilise des matériaux composites à matrice polymère ou bien encore des matériaux polymères non renforcés.

S'agissant des matériaux composites, ils présentent d'une part une matrice polymère de type thermodurcissable ou bien encore thermoplastique, et d'autre part un matériau de renfort, par exemple des fibres. Ces fibres peuvent être des fibres de carbone, des fibres de verre ou encore de kevlar ou tout autre matériau fibreux, par exemple des fibres naturelles. Elles peuvent être courtes ou bien longues ou encore être mises en œuvre dans un textile en deux ou trois dimensions.

De la sorte, les rondelles autobloquantes ainsi formées peuvent être utilisées dans des systèmes vis/écrou eux-mêmes réalisés en matériaux composites à base polymère. Elles sont également compatibles avec des matériaux d'assemblage ou des pièces en matériaux composites eux-mêmes. Au surplus, elles sont plus légères que les rondelles autobloquantes réalisées en acier, et partant, lorsqu'elles sont utilisées en grand nombre, elles permettent d'alléger les structures.

En outre, ainsi qu'on l'expliquera ci-après, les coefficients de frottement des faces d'applique 16, 18 doivent être relativement faibles, par exemple compris entre 0,1 et 0,15, tandis qu'à l'opposé, les coefficients de frottement les faces d'appui 15, 17 doivent être relativement élevés, par exemple compris entre 0,2 et 0,3.

Selon un premier exemple de mise en œuvre, on réalise des couronnes composites avec un polymère thermoplastique renforcé de fibres de carbone ou de verre. Elles sont alors réalisées selon un procédé de thermocompression, ce qui permet d'obtenir d'une part une géométrie précise des dents, et d'autre part des temps de cycle de fabrication extrêmement faibles. On observera que les couronnes peuvent également être réalisées par injection. Lorsqu'on utilise des polymères thermoplastiques à faible coefficient de frottement renforcés par des fibres de carbone ou de verre, par exemple le PEEK, acronyme anglais de PolyEtherEtherKetone, le coefficient de frottement de la surface est de l'ordre de 0,15. Aussi, pour abaisser le coefficient de frottement de la surface d'applique, différentes stratégies sont mises en œuvre.

Selon une première stratégie, on dépose un lubrifiant permanent, de type « top coat » sur la surface d'applique des couronnes de manière à abaisser le coefficient de frottement à une valeur de l'ordre de 0,05 à 0.1 .

Selon une deuxième stratégie on augmente à l'inverse le coefficient de frottement de la face d'appui des couronnes, par exemple par projection thermique de matériaux à coefficient de frottement élevé. Il en est ainsi par exemple de polymères ou de « top coat » permanent. Il est également envisagé d'appliquer un métal de dureté faible présentant une rugosité contrôlée de manière à ne pas détériorer la surface en contact avec la surface d'appui. Le revêtement peut être également appliqué par un procédé de dépôt en phase vapeur ou bien encore au moyen d'un plasma froid.

Selon une troisième stratégie, on réalise les couronnes en thermocompressant une plaque en PEEK renforcé, et une plaque d'un autre matériau thermoplastique présentant un coefficient de frottement plus élevé. On met par exemple en œuvre un polymère de type PPS, acronyme de poly phenylene sulfide ou de type PEI, acronyme de poly éthylène imine.

Lorsqu'on utilise des polymères thermodurcissables à coefficient de frottement élevé renforcé par des fibres de carbone ou de verre, par exemple de l'ordre de 0,3, on vient abaisser ce coefficient de frottement du côté de la face d'applique au moyen d'un revêtement permanent, par exemple une cire. Du côté de la phase d'appui, et selon un mode de mise en œuvre particulier, on vient stabiliser la surface au moyen d'un dépôt par projection thermique.

On utilise par exemple une matrice époxyde comme polymère thermodurcissable, ou encore une matrice vinyle ester.

Les couronnes peuvent alors être moulées par injection de résine liquide selon un procédé de type RTM. Selon un autre mode de mise en œuvre, les couronnes sont usinées dans la masse du polymère composite. On se reportera à présent sur la Figure 2 montrant une rondelle autobloquante 10 conforme à l'invention associée à un système vis/écrou 26. Il comporte une tige filetée 28 d'axe D, solidaire d'un élément d'appui 30 duquel elle s'étend en saillie. La tige filetée 28 présente des filets hélicoïdaux d'angle d'hélice 31 . La rondelle autobloquante 10 est prise en étau entre l'élément d'appui 30 et un écrou 32 grâce à la tige filetée 28 qui la traverse. L'écrou 32 a été vissé dans le sens des aiguilles d'une montre et il est ici serré. La rondelle autobloquantes 10 est destinée à interdire son desserrage comme on l'expliquera ci-après.

On retrouve sur la Figure 2 les dents inférieures de la couronne inférieure 12 et les dents supérieures 24 de la couronne supérieure 14. On observera que les dents supérieures 24 sont moins larges que les dents inférieures 22 de manière à ménager un espace 34. On détaillera en référence à la Figure 3, puis à la Figure 4, la géométrie des dents 22, 24.

La Figure 3 illustre partiellement la section de la rondelle autobloquante 10 représentée sur la Figure 1 coupée coaxialement par un cylindre. On retrouve ainsi sur la Figure 3, la couronne inférieure 12 surmontée de la couronne supérieure 14, et les dents supérieures 24 engagées successivement entre les dents inférieures 22. On retrouve également entre les dents, l'espace 34, apte à former un jeu. On observera par ailleurs, que les dents inférieures 22 forment ici, une courbe sensiblement sinusoïdale. Toutefois, d'autres courbes périodiques sont bien évidemment envisagées de manière à procurer les mêmes avantages.

Les dents supérieures 24 présentent un flanc supérieur avant 36 et un flanc supérieur arrière opposé 38. Les deux flancs sont séparés par une crête supérieure 40 qui s'étend selon une direction radiale de la couronne supérieure 14. Les dents inférieures 22 présentent un flanc inférieur avant 42 opposé à un flanc inférieur arrière 44. Les deux flancs sont séparés l'un de l'autre part une crête inférieure 46 qui s'étend selon une direction radiale de la couronne inférieure 12.

On observera que les flancs supérieurs avant 36 des dents supérieures 24 sont en contact avec les flancs inférieurs arrière 44 des dents inférieures 22, tandis que les flancs supérieurs arrière 38 sont écartés des flancs inférieurs avant 42 de manière à former l'espace 34. La totalité des faces d'applique 16, 18 des couronnes supérieure 14 et inférieure 12 sont en contact excepté, dans la zone de l'espace 34 qui lui s'étend également radialement en débouchant à la fois vers l'intérieur et vers l'extérieur de la rondelle autobloquante 10.

En outre, les flancs supérieurs avant 36 et arrière 38 de deux dents consécutives se rejoignent dans un creux extrêmal supérieur 48, ou fond de dent supérieur, tandis que les flancs inférieurs avant 42 et arrière 44, se rejoignent dans un creux extrêmal inférieur 50, ou fond de dent inférieur.

On retrouve partiellement sur la Figure 4 et en détail une dent supérieure 24 coopérant avec une dent inférieure 22. Ainsi, la crête supérieure 40 de la dent supérieure 24 est en appui contre le creux extrêmal 50 de la couronne inférieure 12, tandis que le flanc supérieur avant 36 est en appui contre le flanc inférieur arrière 44, alors que le flanc supérieur arrière 38 est espacé du flanc inférieur avant 42 et que la crête inférieure 46 est en appui contre le creux extrêmal supérieure 48. On retrouve l'espace 34 ainsi délimité.

Aussi, à mi hauteur de dents, la largeur Ls de la dent supérieure 24 est inférieure à la largeur Li de la dent inférieure 22. Cela est bien évidemment le cas, respectivement, pour toutes les dents supérieures 24 et inférieures 22. A l'opposé, la distance qui sépare deux dents supérieures 24 est supérieure à la largeur d'une dent inférieure 22. La forme des dents est ici accentuée de manière à bien faire comprendre les phénomènes. En réalité, s'agissant par exemple de la couronne inférieure 12, à mi hauteur, la demi-hauteur de dent est, par exemple, comprise entre 6% et 10% de la largeur Ls de la dent supérieure 24. Elle est par exemple de 8 %.

Une telle position relative des dents supérieures 24 et inférieures 22 s'établit lorsque le l'écrou 32 tel que représenté sur la Figure 2 est vissé dans le sens des aiguilles d'une montre et que la rondelle autobloquante 10 est prise en étau entre l'écrou 32 et l'élément d'appui 30.

Précisément après qu'il a été serré, l'écrou 32 tend à se desserrer dans certaines circonstances. Grâce au coefficient de frottement des faces d'appui opposées 15, 17, lequel est supérieur à celui des faces d'applique 16, 18, l'écrou 32 tend à entraîner la couronne supérieure 14 en rotation par rapport à la couronne inférieure 12 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. On a représenté sur la Figure 5, un graphique présentant, en ordonnée le couple résistant s'opposant au desserrage, et en abscisse le mouvement relatif angulaire des deux couronnes 12, 14. Aussi, dans une première phase de mouvement 60, la crête supérieure 40 des dents supérieures 24 est entraînée en frottement contre le creux extrêmal 50 de la couronne inférieure 12. Dans cette première phase 60 le couple résistant est stationnaire, voire décroissant, car, l'écrou 32 se dévissant, il s'écarte au moins à la même vitesse de l'élément d'appui 30, que les deux couronnes 12, 14, l'une de l'autre. Très rapidement, la crête supérieure 40 atteint un point du flanc inférieur avant 42 où la tangente de plus grande pente présente un angle supérieure à l'angle d'hélice 31 de la tige filetée 28 et lequel correspond à un premier angle du mouvement relatif 62 des deux couronnes 12, 14. Dans une deuxième phase 64, le flanc inférieur avant 42 forme une rampe dont l'inclinaison s'accroît progressivement par rapport à l'angle d'hélice 31 , et partant, où le couple résistant s'accroît rapidement. Dans cette deuxième phase 64 les filets de l'hélice de la tige filetée 28 et le flanc inférieur avant 42 des dents inférieures 22 forment alors coin, pour l'ensemble constitué de l'écrou 32 et de la rondelle supérieure 14. Cela provoque également l'écartement progressif des deux couronnes 12, 14 l'une de l'autre, jusqu'à une seconde limite, correspondant à un second angle relatif 66 des deux couronnes 12, 14 où le flanc supérieur arrière 38 des dents supérieures 24 vient en contact avec le flanc inférieur avant 42 des dents inférieures 22. Au-delà de cette limite, le couple résistant s'accroît dans une troisième phase 68 encore plus rapidement que dans la deuxième phase 64. Cette deuxième limite est une limite théorique car, l'écrou 32 est bloqué en rotation dans la deuxième phase 64. Partant, la rondelle autobloquante 10 joue son rôle de blocage en rotation de l'écrou 32 par rapport à la tige filetée 28.

Grâce à la géométrie des couronnes 12, 14, les contraintes s'exerçant sur leurs dents 22, 24 respectives, sont relativement progressives durant le desserrage. Aussi, pour des rondelles autobloquantes réalisées dans des matériaux de faibles caractéristiques mécaniques, comme les matériaux composites au regard des aciers inoxydables par exemple, leur tenue dans le temps est comparable à celle des rondelles autobloquantes en acier.