FR2596472A1

FR2596472A1 - Unite d'assemblage allege du type vis-ecrou

Info

Publication number: FR2596472A1
Application number: FR8704415A
Authority: FR
Inventors: Roland Andrew Wheeler; Jack Rath
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-04-01
Filing date: 1987-03-30
Publication date: 1987-10-02
Anticipated expiration: 2007-03-30
Also published as: JPS62288710A; FR2596472B1; EP0240296A1; US4842466A

Abstract

UN ELEMENT D'ASSEMBLAGE POUR L'INDUSTRIE AEROSPATIALE COMPORTE UN BOULON 10 AVEC UN FILET ROULE 19 ET UN ECROU 14 AVEC UN FILET SIMILAIRE 20 AYANT UN PAS UNIFORME P. LE BOULON A UNE TIGE CYLINDRIQUE 11, UN BOUT FILETE 13 ET UNE ZONE DE FIN DE FILETAGE 22 ENTRE LA TIGE ET LE BOUT. DANS LA ZONE DE FIN DE FILETAGE, DONT LA LONGUEUR VARIE ENTRE 1,6 ET 1,9P, LE PIED 26 DU FILET DU BOULON AUGMENTE DE DIAMETRE DE FACON CONTINUE DEPUIS LE DIAMETRE DE NOYAU D JUSQU'AU DIAMETRE DE LA TIGE D. L'ECROU A UNE ENTREE CONIQUE TRONQUANT LE SOMMET 24 DU FILET DE L'ECROU PARALLELEMENT A LA ZONE DE FIN DE FILETAGE POUR DEGAGER LE PIED DU FILET DU BOULON LORSQUE L'ECROU EST SERRE SUR LE BOULON DANS LA CONDITION DE PORTEE MINIMALE. CECI PERMET A L'ECROU D'ETRE SERRE SUR LE BOULON PLUS LOIN QUE DANS UNE COMBINAISON CONVENTIONNELLE ET LE RACCOURCISSEMENT DE L'ECROU ET DU BOULON ECONOMISE DU POIDS.

Description

Unité d'assemblage légère.

La présente invention concerne des unités d'assemblage légères, utilisées par exemple dans des applications aérospatiales. Elle concerne notamment un boulon avec des filets roulés et une fin de filetage effective plus courte que les fins de filetage habituelles, et un écrou raccourci avec un jeu

de fin de filetage.

Le poids des unités d'assemblage est un grand problème dans les avions et autres applications aérospatiales. Les écrous, 10 boulons, rivets, etc utilisés pour assembler les éléments de structure d'un avion contribuent pour une part importante au poids total de l'avion, du fait qu'on utilise un très grand nombre de telles unités d'assemblage. De ce fait, on cherche depuis longtemps à réduire le poids des unités 15 d'assemblage sans réduire leur résistance mécanique, ou de préférence à réduire leur poids tout en augmentant leur résistance. Même une diminution apparemment faible du poids d'une unité d'assemblage individuelle peut avoir une grande influence sur le poids total de l'avion. 20 Les boulons et les écrous constituent des unités d'assemblage que l'on rencontre partout sur un avion. La grande majorité des boulons d'avion ont des filets roulés, du fait que ces filets résistent mieux à la fatigue que les filets 25 usinés. Pour fabriquer de tels boulons, une ébauche usinée ::; :: : f A: : f :::; S 0:: :: :

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est roulée entre deux filières à rouler pour former un filet sur l'ébauche. Ce procédé n'enlève pas du métal sur l'ébauche, mais au contraire le métal est déformé au fur et à mesure que la filière à rouler le comprime pour former le pied du filet. Le métal déplacé flue vers l'extérieur pour former le sommet du filet. Une filière à rouler classique possède des nervures et des rainures de formation de filets uniformes sur la plus grande partie de sa largeur pour fabriquer un filet uniforme. Toutefois, les bords de la filière sont quelque peu chanfreinés o& arrondis pour lui éviter d'être endommagée. Ce chanfrein crée une courte zone de fin de filetage entre la tige cylindrique du boulon et l'extrémité sur laquelle les filets sont complètement formés.

Dans les unités filetées d'assemblage-classiquespour avions, la zone de fin de filetage a une longueur pouvant atteindre deux fois le pas du filet. A l'intérieur de cette zone de fin de filetage, le pied du filet n'est pas complètement développé du fait du chanfrein sur la filière à rouler. Autrement dit, le filet est moins profond que dans la portion du boulon dans laquelle le filet est complètement développé. En même temps, le sommet du filet dans la zone de fin de filetage n'est pas c4mplètement développé, du fait qu'une quantité inférieure de métal est déplacée du pied. Ainsi, dans la zone de fin de filetage, le diamètre extérieur du sommet du filet est inférieur au diamètre extérieur dans la portion complètement filetée. Les flancs des filets du boulon, qui encaissent la charge de traction sur l'ensemble boulon-écrou, peuvent également n'être pas complètement développés dans la zone de fin de filetage. Ainsi, dans cette zone, on considère que le filetage est imparfait et non fonctionnel. La longueur maximale de la zone de fin de filetage dans les spécifications utilisées dans l'industrie aérospatiale est 2P, P étant le pas du filet. La longueur réelle de la zone de fin de filetage, du fait des variations normales en fabricationQ, est comprise entre 1,5P et 2P.

Les écrous utilisés avec les unités d'assemblage classiques pour l'industrie aérospatiale présentent de façon caractéristique un collier présentant un chambrage concentrique à l'alésage taraudé dans l'écrou. La longueur du chambrage est telle que, lorsqu'il est serré à fond, la portion taraudée de l'écrou ne s'étend pas dans la zone de fin de filetage du boulon. Si tel était le cas, il y aurait interférence des filets et l'écrou ne pourrait être correctement serré sur les éléments structuraux à assembler. 10 La longueur de la tige cylindrique d'un boulon depuis sa tête jusqu'au début de la fin de filetage est appelée la portée maximale. Les unités d'assemblage à haute résistance pour l'industrie aérospatiale sont conçues de telle sorte 15 que la portée maximale corresponde à l'épaisseur--maximaàe des parties à assembler. La portée minimale est, de façon caractéristique, plus courte que la portée maximale d'un seizième de pouce (ou, dans le cas des boulons métriques, d'un millimètre ou de deux millimètres). Par exemple, une

unité d'assemblage pour avion peut avoir une longueur nominale d'un quart de pouce (6,35mm) pour la portée maximale.

Cette unité d'assemblage sera utilisée pour assembler des parties ayant une épaisseur totale comprise entre trois seizièmes de pouce (4,76mm) et un quart de pouce (6,35mm). 25 Si le boulon a une tête noyée, la portée part du dessus de la tête jusqu'à l'extrémité de la tige cylindrique. Avec

une tête en relief, non noyée dans l'une des parties à assembler, la portée est la longueur cylindrique de la tige.

La profondeur du chambrage de l'écrou dans une unité d'assemblage classique pour l'industrie aérospatiale est la difference entre la portée maximale et la portée minimale, plus environ 1,5P. On peut augmenter légèrement cette profondeur pour tenir compte des tolérances de fabrication cumulées. 35 Ceci signifie que, lorsque l'écrou est serré contre des pièces ayant la portée minimale, l'extrémité du filetage dans l'écrou se trouvera au niveau de l'extrémité de la fin de filetage du boulon, à une distance d'environ 1,5P de l'extrémité de la tige cylindrique du boulon. Lorsque l'écrou est serré contre des pièces ayant la portée maximale, le filetage de l'écrou s'arrête à environ un seizième de pouce, plus 1,5P de l'extrémité de la fin de filetage du boulon. Le même concept apparait dans des boulons métriques

et la différence entre la portée minimale et la portée maximale est de façon caractéristique lmm.

On a reconnu que, si la fin de filetage était réduite à lP, voire moins, au lieu d'environ 2P, on pourrait réduire la longueur du collier sur l'écrou, réduisant ainsi la longueur totale de l'écrou. Ceci permettrait également de raccourcir le boulon de 1P. Les économies de poids réalisées dans un avion en réduisantà la fois la longueur du collier 15 de l'écrou et la longueur du boulon d'aussi peu que 0,75P

peuvent être très substantielles.

On a développé des unités d'assemblage pour l'industrie aérospatiale avec une fin de filetage effective d'environ 20 seulement 1P. Dans une telle réalisation, par exemple, on utilise une filière à rouler spéciale. Au lieu de réduire le pied du filet et de produire un filet imparfait, on réalise un filet plein jusqu'à 1P de la tige cylindrique. Ceci permet de réduire la longueur totale de l'écrou et du boulon _25. de 1P sans réduire de façon notable la résistance en traction

de l'ensemble boulon-écrou.

Ce type de boulon à fin de filetage court a une résistance à la fatigue considérablement plus faible que celle d'un boulon conventionnel ayant une fin de filetage pouvant atteindre 2P. Un essai de fatigue en traction réalisé à titre d'exemple simule une application dans laquelle les pièces fixées ensemble n'ont pas des faces parallèles. Par exemple, deux pièces peuvent être assemblées avec la face en prise 35 avec l'écrou, faisant avec la perpendiculaire à l'axe de la tige du boulon un angle de 30À Dans un tel essai de fatigue en traction sous un angle de 3 , la charge se trouve désaxée et crée une certaine flexion dans le boulon. Dans un essai de fatigue réalisé à titre d'exemple, un ensemble d'un boulon et d'un écrou subit des cycles de charge en traction entre une charge maximale de 50% de la capacité nominale de l'ensemble et une charge minimale de 5% de la capacité nominale de l'ensemble. On

mesure le nombre de cycles jusqu'à rupture.

Dans un tel essai, le boulon ayant un filetage modifié ayant 10 seulement une zone de fin de filetage de 1P ne présente qu'environ 20% de la résistance à la fatigue d'un boulon conventionnel avec une zone de fin de filetage pouvant atteindre 2P. Par exemple, si un boulon classique résiste en fatigue jusqu'à 100 000 cycles, le boulon plus léger modifié 15 peut avoir une résistance à la fatigue ne dépassant pas 000 cycles dans l'essai de fatigue désaxé de 3 . L'influence néfaste sur la fatigue en traction est apparemment due au fait que le filet proche du plan de portée maximale, à l'extrémité de la tige cylindrique, est relativement pro20 fond. Un tel boulon à courte fin de filetage est également nettement plus mauvais qu'un boulon avec une fin de filetage

de 2P dans un essai de cisaillement.

On voit qu'il est souhaitable de procurer une unité d'assem25 blage pour l'industrie aérospatiale avec un filetage roulé, dans laquelle la longueur du boulon et de l'écrou peut être réduite sans réduire, soit la résistance en traction de la combinaison, soit la résistance à la fatigue en traction sous déport de deux degrés. Il est souhaitable de réaliser 30 une telle unité d'assemblage en utilisant des filières à rouler relativement identiques aux filières à rouler classiques. Il est particulièrement souhaitable de procurer une

telle combinaison de boulon et d'écrou dont la résistance mécanique est plus grande que celle des unités d'assemblage 35 classiques pour l'industrie aérospatiale.

Selon une réalisation présentement préférée de l'invention, il est procuré un boulon fileté ayant une tige cylindrique 10 20 30

et un bout portant un filet roulé. Entre la tige et le filet complet sur le bout se trouve une zone de fin de filetage ayant une longueur maximale de 2P, P étant le pas du filet. Dans la zone de fin de filetage, le pied du filet se réduit de façon continue depuis le diamètre du noyau à une distance comprise entre environ 1,1P et 2P de la tige jusqu'à sensiblement le diamètre de la tige à son extrémité. De préférence, le sommet du filet reste au niveau de son diamètre extérieur pour toutes les distances supérieures à 1P de l'extrémité de la tige, et de préférence supérieures à 0,75P.

L'écrou a un alésage avec un filet et un chambrage à une extrémité. Une entrée tronquant les sommets du filet s'étend dans le filetage depuis le chambrage avec un diamètre plus grand au niveau de l'extrémité du chambrage et un diamètre plus petit à une distance pouvant atteindre environ 2P du plan de portée maximale du boulon avec lequel l'écrou est utilisé, le plus petit diamètre étant sensiblement le même que le diamètre du noyau du filet de ce boulon. L'entrée est sensiblement parallèle à la fin de filetage du pied du filet du boulon. L'entrée s'étend à moins de 1P dans le filetage.

Lorsqu'on assemble un tel boulon et un tel écrou, l'entrée conique dans l'écrou procure un jeu entre le sommet tronque du filet de l'écrou et le pied incomplet du filet du boulon. Même lorsqu'ils sont assemblés sur des pièces de portée minimale, le filet de l'écrou tronqué coopère avec une portion du filet du boulon à une distance supérieure à 1P de l'extrémité de la tige.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple, d'une réalisation préférée, en liaison avec le dessin joint, sur lequel:

- la figure 1 montre en vue latérale un exemple d'un boulon et d'un écrou du type employé dans la mise en pratique de cette invention; - la figure 2 montre en coupe transversale partielle la zone de fin de filetage d'un boulon fileté et la zone d'en5 trée d'un écrou, selon cette invention; la figure 3 montre un tel écrou en coupe longitudinale; et

- la figure 4 illustre un système de coordonnées pour décrire 10 une telle unité d'assemblage.

Un boulon 10, montré à titre d'exemple pour l'industrie aérospatiale, a une tige cylindrique 11, une tête 12 et un bout fileté 13. Dans le jargon de la boulonnerie, le boulon peut être considéré comme étant une broche, la tige cylindrique comme étant la portée et le bout peut être simplement considéré comme étant le filet ou filetage. La figure 1 représente un boulon à tête noyée. Il est toutefois bien entendu que l'on peut utiliser dans l'industrie de la bou20 lonnerie une grande variété de têtes de boulons et que la tête spécifique n'a pas d'importance dans la mise en pratique de cette invention. On doit également indiquer qu'il n'est pas nécessaire que le couple de serrage soit exercé sur la tête du boulon, mais qu'il peut exister des moyens au 25 niveau de l'extrémité du bout ou du téton pour recevoir le couple de serrage. Par exemple, une portion de rupture peut être prévue sur le bout lorsqu'on emploie un boulon aveugle. De telles caractéristiques du boulon sont sans

importance, du fait que cette invention concerne uniquement 30 le filet.

Un écrou 14, montré à titre d'exemple, a un alésage taraudé 16 et un chambrage 17 à une extrémité du filet pour former un collier 15, qui passe sur la tige du boulon lorsque les 35 pièces présentent moins que laporite maximale. La forme extérieure de l'écrou n'a pas d'importance dans la mise

en oeuvre de cette invention.

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Comme on le voit sur la figure 2, un boulon caractéristique réalisé en respectant les spécifications de filetage MIL-S8879 a un filet à 600, c'est-à-dire que les flancs du filet sont inclinés sous un angle de 60 . Le pas P du filet est la distance depuis le flanc du filet au niveau du diamètre sur flanc (diamètre moyen du filet) jusqu'à l'endroit correspondant sur la spire suivante du filet. En d'autres termes, le pas est l/n, lorsque n est le nombre de filets par pouce. Les principes de cette invention s'appliquent à d'autres formes de filets.

L'extrémité de la tigecylindrique 11 se trouve dans un plan 18 correspondant à la portée maximale du boulon. Ce plan est couramment appelé plan de portée maximale. A une distance supérieure à 2P de l'extrémité de la tige ou du plan de portée. maximale 18, le filet l du boulon est complètement développé par roulage pour se conformer au standard applicable, par exemple MIL-S-8879.

Le filet 20 sur l'écrou coopère avec le filet 19 du boulon d'une manière conventionnelle. Dans l'état de matière maximale à la fois pour l'écrou et le boulon, làajustage sur les deux flancs des filets est un ajustage très serré. L'état de matière maximale est l'état dans lequel le boulon a son 5 plus grand volume et de ce fait a les dimensions maximales

autorisées par la spécification particulière du boulon.

En même temps, l'écrou a son volume maximal et la dimension de l'alésage taraudé est minimale. Cette condition est l'ajustage le plus serré de l'écrou et du boulon. Comme on le 0 voit sur la figure 2, les flancs des filets sur le côté du filetage du boulon le plus proche de la tige coopèrent étroitement et il peut y avoir un petit jeu 21 entre les flancs des filets de l'écrou et des filets du boulon sur le c6té non chargé opposé à la tige du boulon. Ceci est 15 un cas caractéristique lorsque l'écrou est serré sur le boulon. Une zone de fin de filetage du boulon 22 s'étend sur une i distance pouvant atteindre 2P du plan de portée maximale 18. Dans une opération de fabrication particulière, la fin de filetage peut être plus courte, par exemple de l'ordre de 1,5P. Si les caractéristiques de fatigue du boulon ont une importance relativement plus faible, la zone de fin de filetage du pied du filet peut être plus courte, par exemple l,lP. On préfère que cette zone de fin de filetage soit comprise entre environ 1,6 et 1,9P, et de préférence

qu'elle soit égale à 1,75P.

Il convient de définir un système de coordonnées pour définir la géométrie de la fin de filetage. Un tel système de coordonnées est représenté sur la figure 4. L'origine (0,0) du système est établie à l'intersection du plan de portée 15 maximale 18 et de l'axe 23 du boulon. On prend comme unité pour définir la distance selon l'axe le pas P. Les diamètres

des parties du boulon sont indiquées par des distances radiales D depuis l'axe central du boulon.

Le diamètre de la tige du boulon est Ds. Le diamètre extérieur DM est le diamètre du sommet 24 du filet du boulon.

Le diamètre du noyau Dm est le diamètre au niveau du pied 26 du filet du boulon. Le diamètre extérieur DM est souvent inférieur au diamètre de la tige Ds; toutefois, dans cer25 taines réalisations, le diamètre au niveau du sommet des filets peut être aussi grand que le diamètre de la tige, c'est-à-dire DM=Ds. Le cas général o DM<Ds est illustré

sur la figure 4.

Comme on le voit sur les figures 2 et 3, l'écrou a un filet 16 avec un pas uniforme P pour coopérer avec le filet du boulon. Dans la réalisation habituelle, il existe un chambrage cylindrique 17 pour dégager la tige du boulon. A l'extrémité du chambrage se trouve un chanfrein conique 25, 35 qui résulte des opérations d'usinage pratiques. L'écrou est taraudé sur toute sa longueur entre le chanfrein 25

et l'extrémité opposée de l'alésage.

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Une 'entrée" conique part du chanfrein pour pénétrer dans le filet, tronquant le sommet du filet selon un cone ayant son plus grand diamètre au niveau de l'extrémité du chanfrein. Le petit diamètre de l'entrée conique se trouve à une distance pouvant atteindre 2P du plan de portée maximale d'un boulon avec lequel l'écrou est employé. Le petit diamètre est sensiblement le même que le diamètre du sommet 28 du filet de l'écrou. De préférence, le petit diamètre est sensiblement le même que le diamètre du pied du filet d'un boulon avec lequel l'écrou doit être employé. Dans une réalisation préférée, l'entrée s'étend jusqu'a environ 1P dans le filet au-delà du chanfrein.

Dans une réalisation préférée, l'angle alpha de l'entrée par rapport à l'axe de l'écrou est l'angle dont la tangente est la profondeur maximale depuis le sommet jusqu'au pied du filet du boulon, sur 2P. La profondeur maximale du sommet du filet du boulon au pied de ce filet est un paramètre défini des spécifications pour les unités d'assemblage filetées. Par exemple, pour un filet réalisé selon les spécifications de filetage MIL-S-8879, la profondeur maximale du sommet au pied du filet est les deux tiers de la hauteur du filet H. Ainsi, pour un filet réalisé selon les spécifications MIL-S8879 ou l'analogue, alpha=arctgC(2/3H)/2P)

o H est la hauteur du filet et est égal à 0,866025P. Pour un tel filet à 600, le demi-angle alpha représenté sur la figure 3 serait légèrement supérieur à 16 . De préférence, le demi-angle du cône d'entrée est compris entre environ 14 et 180. Autrement dit, l'angle au sommet de l'entrée conique est compris entre 28 et 360. Ainsi, le filet dans la zone d'entrée est tronqué selon un cône s'étendant dans le filetage sur une distance inférieure à 1P et ayant un,arle au sommet compris entre 28 et 360.

L'entrée conique s.étendant dans le filetage de l'écrou il depuis le chanfrein correspond a la zone de fin de filetage 22, longue de 2P, du filetage du boulon. Le filet tronqué dans la zone d'entrée de l'écrou est sensiblement parallèle au pied du filet du boulon sur lequel l'écrou doit être monté, dans la zone de fin de filetage. L'angle de l'entrée dans l'écrou est choisi sur la base de la fin de filetage du boulon, lorsque celle-ci a sa longueur maximale acceptable. Lorsque la fin de filetage d'un boulon spécifique est inférieure à la longueur 2P habituelle, l'entrée dans l'écrou 10 n'est pas exactement parallèle à la fin de filetage sur

un tel boulon.

Lorsque l'écrou est monté sur le boulon, l'entrée conique sur l'écrou forme un jeu pour le pied du filet dans la zone 15 de fin de filetage du boulon. Ce jeu n'est pas exigé pour le sommet du filet du boulon du fait que, même dans un boulon conventionnel, le sommet du filet n'est jamais plus grand que le diamètre extérieur du filet complet. L'entrée s'étend dans le filetage de l'écrou sur une distance suffisante 20 pour dégager le pied du filet du boulon dans la zone de fin de filetage lorsque la combinaison écrou-boulon est

montée sur des pièces dans la condition de portée minimale.

Dans cette condition, l'extrémité du filet de l'écrou n'est plus qu'à 1P du plan de portée maximale du boulon. 25 Dans une réalisation décrite ciaprès, la fin de filetage du boulon a une longueur d'environ 1,75P et, dans cette

réalisation, l'angle du pied du filetage est environ 18,30.

Dans cette réalisation, l'entrée dans l'écrou tronque le

filetage de l'écrou selon un cône ayant un demi-angle pouvant atteindre 20 '-.

Dans la mise en oeuvre de cette invention, un boulon a au moins une portion du sommet du filet dans la zone de fin de filetage, qui est complètement développée. Dans la formation classique des filets par roulage, l'ébauche contient un volume insuffisant de métal pour remplir la rainure de filetage dans la filière par du mó1al déplacé, ce qui entralne un filet incomplet dans la zone de fin de filetage. Du

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fait que l'on a supposé que le filet puisse être incomplet, toute contribution que pourrait apporter un filet éventuellement complet à l'augmentation de la résistance de la combinaison de l'écrou et du boulon a été délibérément sacrifiée en étendant le chambrage dans l'écrou de façon à se trouver toujours au-delà de la zone de fin de filetage. En outre, le fabricant de la filière à rouler a porté peu d'attention à la précision du chanfrein au niveau du bord de la filière, du fait qu'il a peu d'effet sur le produit final.

Toutefois, dans la mise en oeuvre de cette invention, il est souhaitable de former un filet complet dans la mesure du possible dans-des opérations de roulage pratiques. Par exemple, il est souhaitable de procurer un filet complet dans la zone de fin de filetage à des distances supérieures & environ 0,75P du plan de portée maximale du boulon. Pour ce faire, on doit porter une grande attention à la formation d'un chanfrein sur le bord de la filière à rouler sur la distance comprise entre environ 0,75P et 2P, de sorte que sa géométrie est connue. On connaît ainsi le volume du métal déplacé depuis le pied du filet. L'ébauche dont est formé le boulon est usinée pour avoir un volume suffisant de métal sur la longueur allant de 0,75P à 2P pour remplir la rainure de filetage dans la filière.

Il était autrefois de pratique courantedemeuler simplement une transition conique entre la tige cylindrique et le diamètre sur flanc du bout fileté. Pour fabriquer un boulon avec un sommet de filet complet entre 0,75P et 2P, la transition entre la tige et le bout est meulée de façon à avoir une forme plus complexe et un volume quelque peu plus important de métal que dans les ébauches antérieures. La forme exacte de la transition dépend de la forme choisie pour le chanfrein de fin de filetage sur la filière à rouler et pour le filet spécifique à rouler.

En variante, une forme simple, telle qu'un cône, peut être meulée sur l'ébauche, avec le bord de la filière à rouler meulée pour avoir une forme complexe qui assure que le sommet du filet est complet dans la portion désirée de la fin de filetage. De préférence, le bord de la filière est formé avec une géométrie connue, simple ou complexe, et la zone de transition sur l'ébauche est meulée à une forme qui assure que les rainures de filetage sur la filière sont remplies

dans la zone de fin de filetage entre 0,75P et 2P.

Le volume additionnel de métal et la répartition des volumes 10 sur l'ébauche peuvent être aisément calculés pour une géométrie de filière choisie en utilisant les programmes itératifs modernes. En variante, la filière peut être meulée sur son bord pour avoir un chanfrein de forme connue désirée et ensuite on peut trouver empiriquement la forme de l'ébauche 15 nécessaire pour remplir les rainures de filetage et former des sommets de filets complets. Les ébauches peuvent être formées sur des machines à contrôle numérique classique, ou de façon plus courante, la meule utilisée pour meuler le chanfrein conique sur l'ébauche est rectifiée par une meule à commande par came pour avoir le périmètre approprié

pour meuler la forme désirée.

Lorsqu'une telle ébauche est formée par roulage avec des filières à géométrie contrôlée, le sommet du filet entre 25 environ 0,75P et 2P est complet, et une portion du flanc du filet peut encaisser la charge de traction appliquée entre l'écrou et le boulon. Les flancs du filet dans la zone de fin de filetage sont des prolongements hélicoïdaux des flancs du filet sur le bout dans cette portion de la 30 zone de fin de filetage au-delà de 0,75P et à l'extérieur d'une ligne comprise entre le diamètre de la tige au niveau du plan de portée maximale et le diamètre du noyau du filet

à une distance 2P du plan de portée maximale.

Le filet entre 0,75P et le plan de portée maximale peut encore être incomplet, du fait qu'il contribue peu à l'encaissement de la charge et qu'il devient plus difficile à contrôler lorsque le volume total de métal à déplacer

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diminue. Ceci est une conséquence des tolérances inhérentes aux opérations de fabrication.

Les boulons et écrous sont conçus en tenant compte de la condition de matière maximale. Une tolérance dimensionnelle est autorisée dans les spécifications et le boulon et l'écrou peuvent tous deux se trouveren dessousde la condition de matière maximale, d'o il résulte un ajustage moins serré. La géométrie contr8lée des filières à rouler et de l'ébauche dont est formé le boulon est déterminée pour la condition de matière maximale du boulon. Ainsi, lorsque l'ébauche est en dessous de la condition de matière maximale, le volume de métal dans l'extrémité de plus grand diamètre de la zone de transition sur l'ébauche peut différer de ce qui est déterminé pour suffire à remplir les rainures de filetage. Ainsi, la partie du filet allant du plan deportée maximale jusqu'à environ 0,75P serait rarement complète, du fait que le volume total de métal déplacé est petit et que l'écart dû au fait que l'ébauche en dessous de la condition

de matière maximale a un effet significatif sur la forme finale du filet. Il est en conséquence difficile d'essayer de procurer un sommet de filet complètement développé dans la zone de fin de filetage depuis le plan de portée maximale jusqu'à environ 0,75P.

La difficulté d'obtenir un sommet de filet complet dans la zone de fin de filetage augmente évidemment lorsque le volume de métal déplacé diminue. On peut en conséquence accepter en pratique de procurer un sommet de filet pratiquement complètement développé dans la zone de fin de filetage entre 1P et 2P et autoriser un filet incomplet entre le plan de portée maximale et 1P.

En résumé, dans la zone de fin de filetage du boulon, le pied du filet diminue de façon continue depuis le diamètre de la tige au niveau du plan de portée maximale jusqu'au diamètre du noyau à une distance comprise entre l,lP et 2P. Dans certaines réalisations, le pied du filet peut con-

tinuer jusqu'à environ le diamètre du noyau à environ l,lP et ensuite augmenter de façon continue jusqu'au diamètre de la tige au niveau du plan de portée maximale. De préférence, le pied du filet est au diamètre dunoyau à un point situé entre l,5P et 2P et augmente de façon continue de ce point jusqu'au diamètre de la tige. Le sommet du filet est pratiquement à son diamètre extérieur dans tous les

endroits au-delà de 1P, et de préférence au-delà de 0,75P.

Depuis le plan de portée maximale jusqu'à environ 1P, ou

de préférence 0,75P, le sommet du filet peut être incomplet.

L'invention peut également être exprimée en termes du système de coordonnées représenté sur la figure 4. La zone de fin de filetage a une longueur maximale de 2P. Le pied du filet 15 se trouve dans une enveloppe triangulaire définie par les lignes (OP,DS), (l,lP,Dm); (l,IP,Dm),(2P,Dm); et (OP,Ds), (2P,Dm). De préférence, le pied du filet se trouve dans une enveloppe définie par les lignes (OP,DS), (1,5P,Dm); (1,5P,Dm),(2P,Dm); et (OP,Ds),(2P,Dm). A l'intérieur de 20 l'une ou l'autre enveloppe, le diamètre du pied augmente de façon continue depuis le diamètre du noyau jusqu'au diamètre de la tige. Le sommet du filet se trouve de préférence à l'intérieur d'une enveloppe triangulaire définie par les lignes (OP,Ds), (0,75P,DS); (OP,DS),(0,75P,DM); et (0,75P,DS) 25 (0,75P,DM) et le long d'une ligne DM lorsque P est supérieur à 0,75. Si on le désire, le sommet du filet peut être à l'intérieur d'une enveloppe triangulaire définie par les lignes (OP,Ds), (lP,Ds); (OP,Ds), (1P,DM); et (lP,DS) (IP,DM), et le long d'une ligne DM lorsque P est supérieur à 1. 30 Un écrou avec une entrée conique, comme il est procuré par cette invention, permet la coopération du filet tronqué de l'écrou avec le filet du boulon dans la zone de fin de filetage lorsque l'ensemble est serré sur des pièces de portée minimale, ajoutant ainsi à la résistance en traction de l'ensemble. Le filet tronqué concerne évidemment une coopération partielle avec le filet sur le bout du boulon lorsqu'il est serré sur des pièces plus 4paisses que la : :0 35

portée minimale. La troncature du filet de l'écrou empêche les interférences avec le pied du filet du boulon dans la zone de fin de filetage.

De façon surprenante, la troncature de la première spire du filet dans l'écrou ne diminue pas la résistance en traction de la combinaison lorsque l'ensemble est monté sur des pièces plus épaisses que la portée minimale. On pense que ceci est dû à une charge non uniforme des filets dans un écrou de pas uniforme. On sait par exemple que la première spire d'un filet dans un écrou à cinq spires peut encaisser jusqu'à 40% de la charge, le reste étant réparti d'une manière progressivement décroissante lorsque la distance à l'extrémité de l'écrou augmente.

Il est courant de fabriquer des écrous en un matériau moins résistant que les boulons de façon que la rupture en traction survienne par cisaillement du filet de l'écrou. Un filet tronqué adjacent à l'extrémité de l'écrou peut entratner une déformation de la première partie du filet et une répartition de la charge plus uniforme en fonction de la distance à l'extrémité de l'écrou. Ceci peut abaisser la contrainte maximale sur le filet et retarder le début de la rupture par cisaillement. Indépendamment de cette raison, on a observé qu'un écrou selon l'invention non seulement ne présente aucune diminution dans sa résistance aux charges de traction, mais montre en fait une légère augmentation de sa résistance dans certaines réalisations.

Un écrou avec une entrée conique tronquant le sommet du filet à l'extrémité coopère avec le sommet d'un filet complet dans la zone de fin de filetage d'un boulon selon les principes de cette invention, lorsque l'écrou est serré contre des pièces dans l'état de portée minimale. Un cisaillement est appliqué sur les filets de l'écrou au niveau du diamètre extérieur, juste à l'endroit o l'écrou coopère avec des filets complets plus loin de la condition de portée minimale. Autrement dit, la répartition des contraintes sur l'écrou est la même, que l'écrou soit entièrement sur le bout taraudé ou que le filet dans l'entrée coopère avec le filet complet

dans la zone de fin de filetage du boulon.

On a constaté en pratique dans un exemple spécifique qu'une réduction de longueur d'environ 1P peut être procurée à la fois dans l'écrou et dans le boulon, d'o il résulte une réduction importante de poids. Un boulon d'un diamètre nominal de trois seizièmes de pouce (4,26mm) est un boulon 10 UNJF 10-32, qui a un pas de 0,03125 pouce (0,7938mm). Une entrée conique est prévue dans un tel écrou avec un angle de conicité de 32,2 , c'est-à-dire un demi-angle alpha de 16,1 , pour une distance d'environ 1, 7P du plan de portée maximale. Un chambrage de 0,1985 pouce (5,04mm) de diamètre 15 s'étend à environ 0,014 pouce (0,356mm) au-delà du plan de portée maximale; c'est-à-dire que le chambrage a une profondeur d'environ 0,076 pouce (1,93mm). Le chambrage se termine par un chanfrein à 60 conventionnel. Dans une telle réalisation, le diamètre de la troncature du filet 20 à l'endroit o l'entrée coupe la surface du chanfrein est environ 0,00925 pouce (0,235mm) plus grand que le diamètre du noyau du filet de l'écrou. Le cône d'entrée s'étend dans

le filetage sur moins de 1P.

On a trouvé dans cette réalisation d'un ensemble écrou-boulon -32 qu'un écrou en condition de matière maximale peut être serré sur un boulon en condition de matière maximale à un peu plus de 0,032 pouce (0,81mm) plus loin qu'un écrou standard sans interférer avec le pied du filet du boulon, 30 que le boulon soit un boulon standard ou que ce soit un boulon amélioré selon cette invention. On préfère utiliser l'écrou avec une troncature conique du filet en liaison avec un boulon ayant un sommet de filet complet dans la portion de la zone de fin de filetage entre environ 1P et 35 2P de sorte que la charge de cisaillement est appliquée au niveau du diamètre extérieur du boulon sur toute la longueur du filet de l'écrou. Ainsi, l'écrou et le boulon peuvent chacun être raccourcis de 0, 032 pouce (0,81mm) sans réduction

", W.4

15 20 25 30 35

de la résistance.

Dans certaines réalisations, il peut être souhaitable de terminer la fin de filetage à un diamètre plus petit que le diamètre de la tige et à un endroit au-delà du plan de portée maximale. Dans une telle réalisation, on peut réduire l'angle du pied de filet dans la zone de fin de filetage dans le cas o cette zone totale est limitée à 2P du plan de portée maximale. Une modification concomitante peut être apportée dans l'angle de l'entrée de l'écrou de sorte que cette entrée reste sensiblement parallèle au pied de filet dans la zone de fin de filetage.

On préfère particulièrement que la zone de fin de filetage s'étende depuis le plan de portée maximale jusqu'à environ 1,6 à 1,9P, et de façon plus spécifique jusqu'à environ 1,75P. Cette zone conserve une bonne résistance à la fatigue et permet de raccourcir la longueur du boulon et de réaliser une économie significative de poids. Une zone de fin de filetage plus courte, lorsqu'elle est raccourcie davantage du fait des tolérances de fabrication, peut compromettre la résistance à la rupture en fatigue dans l'essai de fatigue en traction avec déport de 3 .

Dans une telle réalisation, l'angle de la fin de filetage du boulon est plus grand que dans une réalisation o cette fin de filetage est 2P. Si cette zone de fin de filetage est 1,75P, l'angle au pied de filet est environ 18,3 . On préfère particulièrement que l'écrou ait une entrée avec un angle correspondant à l'angle au pied de filetage dans la zone de fin de filetage du boulon sur lequel l'écrou doit être monté. L'angle d'un écrou conçu spécifiquement pour être utilisé avec ce boulon est un angle d'entrée d'environ 16 à 20 . Il peut rester souhaitable toutefois de prévoir une entrée correspondant à une fin de filetage de 2P de façon que l'écrou puisse également être utilisé avec des boulons conventionnels.

t Dans certaines réalisations, les boulons sont "surdimensionnés". Ces boulons ont une tige plus grosse que la tige standard et sont destinés à remplacer un boulon standard lorsqu'un alésage dans des pièces à assembler est légèrement surdimen5 sionné du fait de réparations. Ceci peut survenir par exemple lorsqu'un trou est endommagé de sorte qu'un boulon standard ne peut plus s'ajuster correctement. Un tel trou est alors suralésé de 1/64 pouce (0,4mm) et on utilise un boulon plus gros. Ainsi, c'est une pratique courante de prévoir

un premier boulon surdimensionné et un deuxième boulon surdimensionné qui sont plus larges qu'un boulon standard respectivement de 1/64 pouce (0, 4mm) et 1/32 pouce (0,8mm).

Les boulons surdimensionnés ont de façon caractéristique une tige surdimensionnée, avec un filet de dimension initiale sur le bout. Ceci exige un fin de filetage un peu plus longue qu'un boulon standard. La plage de tolérance pour des boulons

standards permet une fin de filetage allant de 1,2P à 2P.

La plage pour un premier boulon surdimensionné va de 1,5P 20 à 2,5P. La plage pour un deuxième boulon surdimensionné va de 1,75P à 3P. Les écrous fabriqués pour être utilisés avec de tels boulons surdimensionnés ont un chambrage plus large et plus profond et sont plus longs afin de maintenir une coopération desfilet suffisante. Les principes de cette 25 invention peuvent s'appliquer à de telles unités d'assemblage surdimensionnées, avec des variations-équivalentes de

la forme du filet dans la zone de fin de filetage.

Un boulon réalisé selon cette invention a des filets roulés, 30 par opposition à des boulons avec des filets usinés. Un écrou selon cette invention peut être utilisé avec un boulon

à filet roulé ou avec un boulon à filet usiné. Dans un tel écrou, le filetage peut être taraudé ou il peut être roulé.

Du fait que les variations de cette sorte sont du ressort de l'homme de l'art, il est bien entendu que cette invention peut être mise en pratique autrement Tu'il n'a été décrit

-spécifiquement, tout en restant dans la portée des revendications jointes.

Claims

Revendications.

1. Unité d'assemblage filetée, comprenant un boulon (10) ayant une tête (12), une tige cylindrique (11) adjacente à la tête et ayant une longueur spécifique depuis la tête jusqu'à un plan de portée maximale (18), un bout (13) portant un filet roulé (19) avec un pas uniforme (P), et une zone de fin de filetage (22) entre l'extrémité de portée maximale (18) de la tige et le bout, ayant une longueur maximale 10 de 2P, le filet étant complet sur le bout au-delà de la zone de fin de filetage; et un écrou (14) ayant un alésage (16) avec un filet (20) de pas uniforme (P), et un chambrage (17) dans l'extrémité de l'écrou la plus proche de la tête du boulon, caractérisée en ce que la zone de fin de filetage,15 (22) sur le boulon a un filet roulé, dans lequel le pied du filet a un diamètre qui n'est pas plus grand qu'une ligne comprise entre l'extrémité de portée maximale (18) de la tige (11) et le pied du filet sur le bout (13) à une distance de 2P de l'extrémité de portée maximale de la tige, et en 20 ce que l'écrou a une entrée suffisante tronquant le sommet (28) du filetage (20) au niveau de l'extrémité du filetage adjacente au chambrage (17) pour éviter l'interférence du filet dans l'écrou avec le pied du filet sur le boulon dans la portion de la zone de fin de filetage plus éloignée que 25-, 1P de l'extrémité de portée maximale de la tige lorsque l'écrou est vissé sur le boulon avec l'extrémité du filet de l'écrou pas plus loin que 1P de l'extrémité de portée

maximale de la tige.

2. Unité d'assemblage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les flancs du filet du boulon dans cette portion de la zone de fin de filetage (22) plus éloignée que 1P de l'extrémité de portée maximale (18) de la tige (11) et à l'extérieur d'une ligne comprise entre le diamètre (Ds) 35 de la tige au niveau de l'extrémité de portée maximale de la tige et le pied (26) du filet du boulon à 2P de l'extrémité de portée maximale de la tige sont des prolongements hélicoldaux des flancs du filet (19) du boulon plus éloigné

que 2P de l'extrémité de portée maximale de la tige.

3. Unité d'assemblage selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisée en ce que l'écrou comporte un chanfrein (25) entre le chambrage (17) et l'extrémité du filetage et en ce que l'entrée s'étend dans le filetage

(20) de l'écrou sur moins d'lP de la surface du chanfrein.

4. Unité d'assemblage selon l'une quelconque des revendications 10 précédentes, caractérisée en ce que le pied du filet dans

la zone de fin de filetage (22) est à l'extérieur d'une ligne comprise entre le diamètre (Ds) de la tige au niveau de l'extrémité de portée maximale (18) de la tige et le

diamètre du noyau (Dm) du filet (19) du boulon à une dis15 tance de 1,1P de l'extrémité de portée maximale de la tige.

5. Unité d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'entrée tronquant

le filet de l'écrou est complémentaire du pied du filetage 20 du boulon dans la zone de fin de filetage.

6. Unité d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la zone de fin

de filetage (22) a une longueur comprise entre 1,6 et 1,9P 25 à partir de l'extrémité de portée maximale (18) de la tige.

7. Elément d'assemblage fileté, comportant une tige cylindrique (11), un bout (13) portant un filetage roulé (19) avec un pas uniforme (P), un diamètre extérieur (DM) et un diamè30 tre de noyau (Dm) et une zone de fin de filetage (22) entre la tige (11) et le bout (13) ayant une longueur pouvant atteindre 2P depuis l'extrémité (18) de la tige, la zone de fin de filetage ayant un filet roulé, caractérisé en ce que le pied du filet dans la zone de fin de filetage 35 augmente continuellement de diamètre depuis le diamètre du noyau (Dm) en direction du diamètre de la tige (Ds), le sommet (24) du filet se trouvant essentiellement au niveau du diamètre extérieur (DM) au-delà d'une distance d'environ

20 25 30

/,

1P de l'extrémité de la tige.

8. Elément d'assemblage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le sommet (24) du filet se trouve pratiquement au niveau du diamètre extérieur (DM) au-delà d'environ 0,75P de l'extrémité de la tige.

9. Elément d'assemblage selon l'une ou l'autre des revendicatiosn 7 ou 8, caractérisé en ce que les flancs du filet au-delà d'une distance d'environ 1P de la tige et à une distance radiale de l'axe de l'élément d'assemblage supérieure à une ligne entre l'extrémité de la tige et le diamètre de noyau à une distance 2P de l'extrémité de la tige sont pratiquementdes prolongements hélicoidaux des flancs du filet sur le bout.

10. Elément d'assemblage selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le pied du filet augmente continuellement depuis le diamètre du noyau (Dm) à un endroit situé à une distance comprise entre 1, 6P et 1,9P de l'extrémité de la tige jusqu'au diamètre de la tige (Ds) au voisinage de l'extrémité (18) de la tige.

11. Elément d'assemblage fileté, comprenant un corps, un alésage taraudé (16) dans le corps, un filet (20) ayant un pas uniforme (P) dans l'alésage, un chambrage (17) à une extrémité de l'alésage ayant un diamètre intérieur supérieur au diamètre du pied du filet et une longueur inférieure à 1/16 pouce (1,59mm), plus 1,5P, caractérisé en ce qu'une entrée s'étend dans le filetage (20) depuis le chambrage (17) et tronque le sommet (28) du filet, l'entrée ayant un diamètre plus grand au niveau de l'extrémité du chambrage, inférieur au diamètre du pied du filet, et un diamètre plus petit à une distance inférieure à 1,5P de l'extrémité du chambrage, sensiblement le même que le diamètre de noyau

(Dm) du filet (19) d'un boulon avec lequel on utilise l'écrou.

12. Elément d'assemblage selon la revendication 11, carac-

térisé en ce qu'il comporte un chanfrein (25) au niveau

de l'extrémité du chambrage (17) et en ce que l'entrée s'étend dans le filetage (20) dans l'alésage (16) sur une distance inférieure à 1P de la surface du chanfrein.

13. Elément d'assemblage selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que l'entrée est conique et a un angle

au sommet compris entre 28 et 36 .

14. Elément d'assemblage selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que l'entrée est conique

et que son demi-angle au sommet est un angle dont la tangente est environ la même que la profondeur maximale depuis le

sommet jusqu'au pied du filet d'un boulon avec lequel l'écrou 15 doit coopérer, divis&par 2P.

15. Elément d'assemblage selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que l'entrée est conique

et que son demi-angle au sommet est un angle dont la tan20 gente est environ la même que la profondeur maximale depuis le sommet jusqu'au pied du filet d'un boulon avec lequel l'écrou doit coopérer, divise par une distance de l'ordre

de 1,6 à 1,9P.