WO2010142901A1 - Famille de dispositifs de fixation à conicité variable - Google Patents

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WO2010142901A1
WO2010142901A1 PCT/FR2010/051126 FR2010051126W WO2010142901A1 WO 2010142901 A1 WO2010142901 A1 WO 2010142901A1 FR 2010051126 W FR2010051126 W FR 2010051126W WO 2010142901 A1 WO2010142901 A1 WO 2010142901A1
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interference
diameter
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screw
family
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PCT/FR2010/051126
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English (en)
Inventor
Nicolas Guerin
Original Assignee
Lisi Aerospace
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B5/00—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them
    • F16B5/02—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them by means of fastening members using screw-thread
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B3/00—Key-type connections; Keys
    • F16B3/06—Key-type connections; Keys using taper sleeves

Definitions

  • the present invention relates to a family of variable taper fasteners.
  • the technical field of the invention is, in general, that of screws and sockets. More particularly, the invention relates to screws and bushings for assembling aircraft structural elements pre-bored in a cylindrical manner.
  • cylindrical and / or frustoconical screws made of metallic material and coated with a coating promoting their sliding within a metal are known. bore of elements to be assembled.
  • the installation of the interference screws is done simply by pulling them or by pushing them into the bore which by means of an optimized design of the input radius of the barrel of the screw and a coating to low coefficient of friction does not cause damage to the structure.
  • the interference installation increases the fatigue life of the structure.
  • the new generation of aircraft uses a composite material structure that has the advantage of significantly lightening the aircraft and is not sensitive to the phenomenon of fatigue but, unlike a metal structure, has the disadvantage of a poor conductivity and poses problems of resistance to the impacts of lightning. In order to resist the lightning, it is also necessary to fill any gap that exists between the fixing and the bore thus imposing an interference installation in the composites.
  • the invention can also have applications in mixed structures that is to say using composite and metal materials such as aluminum alloy or titanium for example, the device will be installed in a series of metal / composite layers that form the aircraft structure; or also in only metal structures of the aluminum or titanium type for example, in this case there will be no risk of delamination but the advantage of the use of the invention lies in the fact of the elimination of holes conical.
  • the taper ratio of the sleeves according to the invention is between a few tenths of a percent and 10%.
  • the subject of the invention is therefore a family of devices for fastening elements previously bored in a cylindrical manner, each device comprising
  • a screw extending along an axis and comprising a frustoconical drum and a head
  • a socket intended to receive the barrel of the screw within it, the sleeve extending along the same axis and having a cylindrical outer surface and a frustoconical inner surface, characterized in that it comprises at least two devices whose bushings present, prior to interference, an identical outside diameter and a different inner surface taper ratio.
  • FIG. 1 a schematic representation of a sectional view of a first example of family of fasteners according to the invention
  • FIG. 2 a schematic representation of a sectional view of another example of a fixing device according to the invention.
  • FIG. 3 a schematic representation of a sectional view of the sockets of a second exemplary family of fasteners according to the invention
  • FIG. 4 a schematic representation of a close view of the clamping ranges.
  • FIG. 1 schematically represents a sectional view of a first example of a family of devices for fastening elements, according to the invention.
  • the elements to be assembled constitute an aircraft structure and the family comprises two fastening devices 1 and 20.
  • the device 1 is shown on the left side A1 of its axis of symmetry 5 passing through it in the middle, before interference, that is to say at the very beginning of the installation, when it has been inserted without effort, with play. and without radial expansion, in the structure of the aircraft.
  • the device is shown after interference by radial expansion in the structure, the right side B1 of the axis 5, the cutting plane being defined by this axis 5.
  • the device 20 is shown before interference, the left side A20 of its axis of symmetry 24 passing through it in the middle.
  • the device is shown, after interference, on the right side B20 of the axis 24, the section plane being defined by this axis 24.
  • the fixing device 1 is intended to assemble four previously bored cylindrical structural elements 40, 41, 42 and 43, with a diameter 18.
  • the elements 40, 41, 42 and 43 to assemble have an overall thickness referenced 12.
  • the device 1 comprises a screw 4 extending along the axis 5.
  • the screw 4 comprises a frustoconical barrel 6 extending on one side in a flat cylindrical head 7 and, on the other hand, in a thread 17.
  • the head 7 forms a disk whose plane is perpendicular to the axis 5, the disk being intended to be disposed substantially parallel to an upper surface 13 of the element.
  • the device 1 also comprises a bushing 8 intended to receive the frustoconical drum 6 of the screw 4 therein.
  • the bushing 8 extends along the same axis 5 and has a cylindrical outer surface 9 and a frustoconical inner surface 10.
  • a distance, called protrusion P1 separates, before interference, a lower surface 14 of the screw head 7 and an upper surface 15 of the bushing 8.
  • an initial clearance J1 mounting between an outer diameter 16A of the sleeve 8 before interference and the bore diameter 18 of the elements 40, 41 , 42 and 43 is provided.
  • the initial clearance and the expansion are controlled by a pre-machining in the factory, the outside diameter with a precision of the order of a few tens of microns, the socket with its preemanned screw protrusion P1, itself also controlled in the factory.
  • the fixing device 20 is intended to assemble two previously bored cylindrical structural elements 44 and 45 with the same diameter 18.
  • the elements to be assembled comprise two layers 44 and 45 whose overall thickness is referenced 31.
  • the device 20 comprises a screw 23 extending along the axis 24.
  • the screw 23 comprises a frustoconical barrel 25 extending on one side into a flat cylindrical head 26 and, on the other side, into a thread 39
  • the head 26 forms a disk whose plane is perpendicular to the axis 24, the disk being intended to be disposed substantially parallel to an upper surface 32 of the element 44.
  • the device 20 also comprises a sleeve 27 intended to receive the frustoconical barrel 25 of the screw 23 therein.
  • the sleeve 27 extends along the same axis 24 and has a cylindrical outer surface 28 and a frustoconical inner surface 29.
  • a protrusion P2 separates, before interference, a lower surface 33 of the screw head 23 and an upper surface 34 of the sleeve 27.
  • the screws 4 and 23 are driven by pulling via a nut screwed around the thread 17 or with the aid of a pulling chuck or pushing on the head.
  • an interference is made between the screw, the socket and the element to be assembled, over the entire thickness.
  • This interference corresponds to a difference IF1 and IF2 between a diameter 18 of the bore and an outside diameter 16B and 16D of the sleeve after interference.
  • the interference is chosen and predetermined to at least offset the initial clearance, i.e fill the empty space, exerting a radial pressure on the element to be assembled, and thus pre-constrain the assembly radially.
  • the two devices 1 and 20 thus comprise sockets 8 and 27 having, before interference, an outer diameter 16A and 16C identical and a C1 and C2 rate of conicity of different inner surface. More precisely, the taper ratio formed by the axis 5 and 24 and the frustoconical surface 10 and 29 of the sockets 8 and 27, respectively, varies inversely with the height 19 and 30 of the sockets 8 and 27 respectively. Typically, the conicity rate is between a few tenths of a percent and 10%, preferably between 1% and 4%. In the preferred embodiment, the taper ratio of the barrel 6 and 25 of the screw 4 and 23 is the same as that of the inner surface 10 and 29 of the bushing 8 and 27, respectively.
  • the taper ratio of the barrel 6 and 25 of the screw 4 and 23 may be substantially different from the inner surface 10 and 29. the bushing 8 and 27 to generate variable interference, controlled, along the thickness.
  • the conicity rate may vary locally within the same subfamily so as to adjust the interference in a defined area.
  • the height 19 and 30 of the sleeves 8 and 27 corresponds, at least, to their outer diameter after interference 16B and 16D and, at most, to ten times this diameter.
  • the taper ratio of the sleeve 27 is here equal to the ratio, in percentage, of the difference between its largest diameter D27 and its smaller diameter d27 of its frustoconical inner surface 29 by its height 30.
  • C27 (D27 - d27) / 30.
  • FIG. 2 schematically represents a sectional view of another example of a fixing device 80 according to the invention.
  • This is a countersunk device.
  • the device 80 comprises a screw 81 extending along an axis 82.
  • the screw 81 comprises a frustoconical drum 83 extending on one side in a countersunk head 84 and, on the other side, in a thread 85.
  • the end upper 86 of the countersunk head 84 forms a disk whose plane is perpendicular to the axis 82, the disk being intended to be disposed of substantially parallel to an upper surface of the elements to be assembled.
  • the device 80 also comprises a bushing 87 adapted for and intended for the screw 81.
  • the bushing 87 comprises a cylindro-conical drum 88 adapted to receive the frustoconical drum 83 of the screw 81 therein and a frustoconical portion 93 adapted to receive the head
  • the bushing 87 extends along the same axis 82 and has a cylindrical outer surface 89 and a frustoconical inner surface 90.
  • a distance, called protrusion P3 separates, before interference, a lower surface 91 of the screw head 84 and an upper surface 92 of the sleeve 87.
  • Figure 3 schematically shows a sectional view of the sockets of a family of fasteners according to the invention.
  • the family of devices for a given diameter, consists of N sub-families, each subfamily comprising several devices having different heights and an identical conicity rate.
  • the family comprises, for a diameter 49, three sub-families 46, 47 and 48 whose conicity rates are respectively 1%, 2.5% and 4% and whose outside diameter 49 is identical .
  • the minimum height of a bush is equal to the maximum height of a bush of the subfamily N-1 so as to have a continuity on the beach. thicknesses to be tightened.
  • the height of the bushings changes at intervals of sixteenths of an inch, i.e. of 1, 5875 millimeters.
  • a plurality of horizontal parallel solid lines represent sleeve heights one-sixteenth of an inch apart in each of the sub-families 46, 47 and 48.
  • the minimum outside diameter of a bushing is 15.04 mm, with a height between one this diameter, that is to say 15.04 mm and ten times this diameter, that is to say 150.4 mm.
  • the family according to the invention comprising the three sub-families 46, 47 and 48 makes it possible to tighten reamed elements with a diameter slightly greater than 35 mm and having a thickness of between 52 millimeters and 142 millimeters.
  • the diameters 49 and 74 are identical for all the devices of the three sub-families 46, 47 and 48, regardless of their height.
  • the smallest inner surface diameter 58 is the same for each device having the largest height of the three sub-families 46, 47 and 48.
  • the diameter 58 is different for each larger device in a subfamily.
  • the oblique solid lines 56 correspond to the frustoconical inner surface of the taller sleeve 51.
  • the smaller inside diameter 58 of the larger sleeve is projected along this truncated cone 56 and thus varies in function of the height of the socket.
  • all the sockets of the subfamily 46 have an identical conicity ratio.
  • the taper ratio of the sockets of subfamily 46 is here equal, for example, to the ratio, in percentage, of the difference between the largest diameter 74 and the smallest diameter 58 of its frustoconical inner surface 56 by its height 51. .
  • the oblique solid lines 60 correspond to the frustoconical inner surface of the taller bush 53.
  • the smaller inner diameter 58 of the larger bushing is projected along this truncated cone 60 and therefore varies in size. function of the height of the socket.
  • all the sockets of the subfamily 47 have an identical conicity rate.
  • the degree of conicity of the sockets of subfamily 47 is here equal, for example, to the ratio, in percentage, of the difference between the largest diameter 74 and the smallest diameter 58 of its frustoconical inner surface. 60 by its height 53.
  • the subfamily 47 comprises in particular three sockets X, Y and Z of different height. Each height being separated by one-sixteenth of an inch.
  • the oblique solid lines 64 correspond to the frustoconical inner surface of the taller sleeve 55.
  • the smaller inner diameter 58 of the larger sleeve is projected along this truncated cone 64 and therefore varies in size. function of the height of the socket.
  • all the sockets of the subfamily 48 have an identical conicity rate.
  • the taper ratio of the sockets of the subfamily 48 is here equal, for example, to the ratio, in percentage, of the difference between the largest diameter 74 and the smallest diameter 58 of its frustoconical inner surface 64 by its height 55. .
  • FIG. 4 schematically represents a close-up view of the acceptable clamping ranges by the X, Y and Z devices.
  • the clamping range being the difference between the maximum and the minimum of the structural thicknesses that it is possible to assemble with a device.
  • An overlapping area 77 makes it possible to use either the X or Y socket interchangeably to tighten the same element thickness included in this range.
  • the overlapping range 77 corresponds to a double margin 78 and 79 of a sixty-fourth inch each.
  • This overlapping range 77 of one thirty-second of an inch makes it possible to assemble a thickness of structure included in this overlapping range whether with the sleeve X or Y, this is of interest when the thickness to be clamped is close the end of the clamping range of X or at the very beginning of the clamping range of Y and an uncertainty exists in the choice of X or Y.
  • This cover range 77 can also make it possible to compensate for a settlement of the structure during assembly.

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Abstract

Famille de dispositifs de fixation à conicité variable. Dans l'état de la technique, il existe une multitude de familles de perçage et de longueur, par repère de diamètre de fixation, contrairement aux fixations à partie lisse cylindrique pour lesquelles un outillage unique est suffisant. L'homme du métier doit prévoir l'outil et le dispositif adéquats pour chaque épaisseur d'élément à serrer, ce qui représente un coût en outillage important et également une perte de temps due au changement d'outillage. Dans l'invention, on a eu l'idée d'adapter un taux de conicité (C1; C2) du dispositif (1; 20) en fonction de l'épaisseur à serrer (12; 31). De préférence, le taux de conicité des douilles est compris entre 1% et 4%. Ainsi, avec trois ou quatre jeux de références de dispositifs de même diamètre extérieur (16A; 16C), mais de taux de conicité différent, on peut serrer toutes les épaisseurs d'éléments envisageables, sans modifier le diamètre d'alésage des éléments à assembler.

Description

Famille de dispositifs de fixation à conicité variable
La présente invention se rapporte à une famille de dispositifs de fixation à conicité variable. Le domaine technique de l'invention est, d'une façon générale, celui des vis et des douilles. Plus particulièrement, l'invention concerne des vis et des douilles destinées à assembler des éléments de structure d'avion préalablement alésés de manière cylindrique.
Dans l'état de la technique, pour mettre en place des dispositifs de fixation au sein de tels éléments structurels, on connaît des vis cylindriques et/ou tronconiques réalisées en matériau métallique et recouvertes d'un revêtement favorisant leur glissement au sein d'un alésage d'éléments à assembler.
Dans l'art antérieur, on connaît également l'enseignement des documents US4048898, US4702658, et US3270410 qui divulguent, respectivement, un dispositif tronconique de fixation d'éléments métalliques multicouches, un dispositif de réduction des forces et des coûts d'installation d'un dispositif tronconique de fixation et un procédé de fixation pour installer des précontraintes dans un matériau. Les fixations à fût conique sont habituellement utilisées par les constructeurs d'avions dans les zones à assembler qui présentent des difficultés d'accessibilité et qui nécessite une mise en interférence. L'interférence est définie par l'installation d'une vis ayant une partie lisse qui a un diamètre extérieur plus important que le diamètre d'alésage qui va la recevoir, ce qui amène une expansion de l'alésage durant l'installation de la vis. Dans le cas des matériaux métalliques, l'installation des vis en interférence se fait simplement en les tirant ou en les enfonçant dans l'alésage ce qui moyennant une conception optimisée du rayon d'entrée du fût de la vis et d'un revêtement à faible coefficient de friction ne provoque pas d'endommagement de la structure. Pour les matériaux métalliques, l'installation en interférence permet d'augmenter la durée de vie en fatigue de la structure.
La nouvelle génération d'avions utilise une structure en matériau composite qui a l'avantage d'alléger de manière significative l'avion et qui n'est pas sensible au phénomène de fatigue mais, contrairement à une structure métallique, a l'inconvénient d'une mauvaise conductivité et pose des problèmes de résistance aux impacts de foudre. Afin de résister à la foudre, il est là aussi nécessaire de combler tout jeu qui existerait entre la fixation et l'alésage imposant ainsi une installation en interférence dans les composites.
L'installation en interférence d'une fixation dans une structure composite présente des risques importants de délamination de ce dernier due au frottement de la partie lisse de la fixation sur l'alésage dans la structure composite, ce qui peut conduire à un endommagement par délaminage et donc une moindre résistance.
Ainsi l'utilisation d'une douille recouvrant la partie lisse de la fixation et installée, dans un premier temps, avec jeu dans la structure, s'avère nécessaire afin de protéger le matériau composite de toute délamination. Dans un deuxième temps, une expansion radiale de cette douille est requise de sorte que le jeu n'existe plus pour les raisons qui ont été vues précédemment. Pour le cas des fixations à fût conique, la réalisation d'alésages coniques dans les structures d'avion présente une certaine difficulté et incite l'homme du métier à utiliser une vis à fût conique chemisée d'une douille cylindro-conique, par exemple en acier inoxydable. Ce dispositif est ensuite installé dans l'alésage cylindrique de la structure afin de s'affranchir de l'usinage d'alésage conique.
L'état de la technique actuel, basé sur le brevet US 4,048,898 utilise une douille cylindrique extérieurement et conique à l'intérieur, qui accueille une vis à fût conique. Suivant les épaisseurs à assembler, la partie lisse augmente en longueur mais également en diamètre. On a donc, dans l'état de la technique, autant de références de dispositifs de fixation que d'épaisseurs différentes d'éléments à assembler. Autrement dit, plus les éléments à assembler sont épais, plus le diamètre d'alésage desdits éléments et le diamètre de la douille sont grands. Cette grande diversité constitue un problème technique majeur pour l'homme du métier. En effet, il doit prévoir l'outil et le dispositif adéquates pour chaque épaisseur d'élément à serrer, ce qui représente un coût en outillage important et également une perte de temps due au changement d'outillage. De plus le fait d'avoir une diversité de taille d'alésage ne permet pas de prédire de façon simple et robuste la tenue structurale des éléments assemblés. L'homme du métier a résolu une partie du problème en créant des familles de perçage et de longueur, par repère de diamètre de fixation, et ainsi a réduit le nombre d'outillages mais sans aboutir à un outillage unique quelque soit la longueur à serrer comme il existe pour les fixations à partie lisse cylindrique.
Dans l'invention, pour résoudre ce problème, on a eu l'idée d'adapter un taux de conicité du dispositif en fonction de sa hauteur. On entend par taux de conicité, un rapport, en pourcentage, de la différence entre le plus grand diamètre et le plus petit diamètre du tronc de cône par sa hauteur. Le taux de conicité est donc défini par la formule suivante : C = (D - d)/H
L'invention peut également avoir des applications dans des structures mixtes c'est à dire utilisant des matériaux composites et métalliques du type alliage d'aluminium ou de titane par exemple, le dispositif sera installé dans une succession de couches métallique/composite qui forme la structure de l'avion; ou également dans des structures uniquement métalliques du type aluminium ou titane par exemple, dans ce cas il n'y aura pas de risques de délamination mais l'intérêt de l'utilisation de l'invention résidera dans le fait de l'élimination de perçages coniques.
Le taux de conicité des douilles selon l'invention est compris entre quelques dixièmes de pourcent et 10%. Ainsi, avec trois ou quatre jeux de dispositifs de même diamètre extérieur, mais de taux de conicité différent, on peut serrer toutes les configurations d'épaisseur rencontrées dans les assemblages structuraux, typiquement allant de une fois à dix fois le diamètre du dispositif, et ce sans modifier l'alésage des éléments à assembler.
L'invention a donc pour objet une famille de dispositifs de fixation d'éléments préalablement alésés de manière cylindrique, chaque dispositif comportant
- une vis s'étendant suivant un axe et comportant un fût tronconique et une tête,
- une douille destinée à recevoir le fût de la vis en son sein, la douille s'étendant suivant le même axe et présentant une surface extérieure cylindrique et une surface intérieure tronconique, caractérisé en ce que - elle comporte au moins deux dispositifs dont les douilles présentent, avant mise en interférence, un diamètre extérieur identique et un taux de conicité de surface intérieure différent.
L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises 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. Les figures montrent :
- figure 1 : une représentation schématique d'une vue en coupe d'un premier exemple de famille de dispositifs de fixation selon l'invention ;
- figure 2 : une représentation schématique d'une vue en coupe d'un autre exemple de dispositif de fixation selon l'invention ;
- figure 3 : une représentation schématique d'une vue en coupe des douilles d'un deuxième exemple de famille de dispositifs de fixation selon l'invention ;
- figure 4 : une représentation schématique d'une vue rapprochée des plages de serrage.
Dans ces figures, les éléments identiques conservent les mêmes références.
La figure 1 représente, de façon schématique, une vue en coupe d'un premier exemple de famille de dispositifs de fixation d'éléments, selon l'invention. Dans un exemple, les éléments à assembler constituent une structure d'avion et la famille comporte deux dispositifs de fixation 1 et 20.
Le dispositif 1 est représenté, du côté gauche A1 de son axe de symétrie 5 le traversant en son milieu, avant mise en interférence c'est à dire au tout début de l'installation, quand celui ci a été inséré sans effort, avec jeu et sans expansion radiale, dans la structure de l'avion. Le dispositif est représenté après mise en interférence par expansion radiale dans la structure, du côté droit B1 de l'axe 5, le plan de coupe étant défini par cet axe 5.
Le dispositif 20 est représenté avant mise en interférence, du côté gauche A20 de son axe de symétrie 24 le traversant en son milieu. Le dispositif est représenté après mise en interférence, du côté droit B20 de l'axe 24, le plan de coupe étant défini par cet axe 24.
Le dispositif 1 de fixation est destiné à assembler quatre éléments structuraux 40, 41 , 42 et 43 préalablement alésés 3 de manière cylindrique, avec un diamètre 18. Dans un premier exemple, les éléments 40, 41 , 42 et 43 à assembler présentent une épaisseur globale référencée 12. Le dispositif 1 comporte une vis 4 s'étendant suivant l'axe 5. La vis 4 comporte un fût tronconique 6 se prolongeant d'un côté en une tête cylindrique plate 7 et, de l'autre côté, en un filetage 17. La tête 7 forme un disque dont le plan est perpendiculaire à l'axe 5, le disque étant destiné à être disposé de manière sensiblement parallèle à une surface supérieure 13 de l'élément.
Le dispositif 1 comporte également une douille 8 destinée à recevoir le fût tronconique 6 de la vis 4 en son sein. La douille 8 s'étend suivant le même axe 5 et présente une surface extérieure cylindrique 9 et une surface intérieure tronconique 10.
Une distance, dite protrusion P1 , sépare, avant mise en interférence, une surface inférieure 14 de la tête 7 de vis 4 et une surface supérieure 15 de la douille 8.
Pour qu'une introduction du dispositif 1 au sein de l'alésage cylindrique 3 soit possible, un jeu initial J1 de montage entre un diamètre extérieur 16A de la douille 8 avant mise en interférence et le diamètre 18 d'alésage des éléments 40, 41 , 42 et 43 est prévu. Dans le cas d'assemblage de grande précision, le jeu initial et l'expansion sont maîtrisés par un pré-usinage en usine, du diamètre extérieur avec une précision de l'ordre de quelques dizaines de microns, de la douille avec sa vis préemmanchée à la protrusion P1 , elle-même maîtrisée également en usine.
Le dispositif 20 de fixation est destiné à assembler deux éléments structuraux 44 et 45 préalablement alésés 22 de manière cylindrique, avec le même diamètre 18. Dans ce deuxième exemple, les éléments à assembler comporte deux couches 44 et 45 dont l'épaisseur globale est référencée 31. Le dispositif 20 comporte une vis 23 s'étendant suivant l'axe 24. La vis 23 comporte un fût tronconique 25 se prolongeant d'un côté en une tête cylindrique plate 26 et, de l'autre côté, en un filetage 39. La tête 26 forme un disque dont le plan est perpendiculaire à l'axe 24, le disque étant destiné à être disposé de manière sensiblement parallèle à une surface supérieure 32 de l'élément 44.
Le dispositif 20 comporte également une douille 27 destinée à recevoir le fût tronconique 25 de la vis 23 en son sein. La douille 27 s'étend suivant le même axe 24 et présente une surface extérieure cylindrique 28 et une surface intérieure tronconique 29. Une protrusion P2, sépare, avant mise en interférence, une surface inférieure 33 de la tête 26 de vis 23 et une surface supérieure 34 de la douille 27.
Pour qu'une introduction du dispositif 20 au sein de l'alésage cylindrique 22 soit possible, un jeu initial J2 de montage entre un diamètre extérieur 16C de la douille 27 avant mise en interférence et le diamètre 18 d'alésage des éléments 44 et 45 est prévu.
Pour assembler les éléments 40, 41 , 42 et 43 d'une part et 44 et 45 d'autre part, on enfonce les vis 4 et 23 en tirant par via un écrou vissé autour du filetage 17 ou à l'aide d'un mandrin de traction ou en poussant sur la tête. Ainsi, on réalise une interférence entre la vis, la douille et l'élément à assembler, sur toute l'épaisseur. Cette interférence correspondant à une différence IF1 et IF2 entre un diamètre 18 de l'alésage et un diamètre extérieur 16B et 16D de la douille après mise en interférence. L'interférence est choisie et prédéterminée pour au moins compenser le jeu initial, i.e. combler l'espace vide, en exerçant une pression radiale sur l'élément à assembler, et pour pré-contraindre ainsi l'assemblage radialement.
Du fait de la conservation des volumes, une réduction d'épaisseur Δ1 et Δ2 de la douille s'opère lors de la mise en interférence. En effet, à l'extrémité supérieure des douilles 8 et 27, les épaisseurs e8A et e27C, avant mise en interférence, sont supérieures aux épaisseurs, après mise en interférence, e8B et e27D respectivement. Dans un but de simplification, on considère que la variation d'épaisseur sera la même tout le long de la douille.
Les deux dispositifs 1 et 20 comportent donc des douilles 8 et 27 présentant, avant mise en interférence, un diamètre extérieur 16A et 16C identique et un taux C1 et C2 de conicité de surface intérieure différent. Plus précisément, le taux de conicité formé par l'axe 5 et 24 et la surface tronconique 10 et 29 des douilles 8 et 27, respectivement, varie à l'inverse de la hauteur 19 et 30 des douilles 8 et 27 respectivement. Typiquement, le taux de conicité est compris entre quelques dixièmes de pourcent et 10%, de préférence entre 1 % et 4%. Dans le mode préférentiel, le taux de conicité du fût 6 et 25 de la vis 4 et 23 est le même que celui de la surface intérieure 10 et 29 de la douille 8 et 27, respectivement. Dans une alternative, le taux de conicité du fût 6 et 25 de la vis 4 et 23 peut être sensiblement différent de la surface intérieure 10 et 29 de la douille 8 et 27 afin de générer une interférence variable, de façon maîtrisée, le long de l'épaisseur. Dans une autre alternative, le taux de conicité peut varier localement au sein d'une même sous-famille de manière à ajuster l'interférence dans une zone définie. Le taux de conicité est fonction de l'interférence IF, la protrusion P, la réduction d'épaisseur Δ et le jeu J, selon la formule : C = (IF + J + Δ) / P.
Selon l'invention, la hauteur 19 et 30 des douilles 8 et 27 correspond, au minimum, à une fois leur diamètre extérieur après mise en interférence 16B et 16D et, au maximum, à dix fois ce diamètre. Un taux d'interférence défini par la valeur de l'interférence choisie rapportée au diamètre extérieur de la douille avant mise en interférence, varie entre 0 et 3%. En résumé, on a : IF1 = 16B - 18 et IF2 = 16D - 18 ; J1 = 18 - 16A et J2 = 18 - 16C ; Δ1 = 2(e8A - e8B) et Δ2 = 2(e27C - e27D).
Dans un exemple chiffré, on peut avoir J = 0,05mm ; Δ = 0,1 mm ; IF = 0,05 mm; et P = 10mm ; auquel cas, on aurait : C = (0,05+0,05+0,1 )/10 = 0,2 /10
= 2 %. Le taux de conicité de la douille 8 est ici égal au rapport, en pourcentage, de la différence entre son plus grand diamètre D8 et son plus petit diamètre d8 de sa surface intérieure tronconique 10 par sa hauteur 19. Autrement dit, C8 = (D8 - d8)/19.
Le taux de conicité de la douille 27 est ici égal au rapport, en pourcentage, de la différence entre son plus grand diamètre D27 et son plus petit diamètre d27 de sa surface intérieure tronconique 29 par sa hauteur 30. Autrement dit, C27 = (D27 - d27)/30.
La figure 2 représente, de façon schématique, une vue en coupe d'un autre exemple de dispositif de fixation 80 selon l'invention. Il s'agit d'un dispositif à tête fraisée. Le dispositif 80 comporte une vis 81 s'étendant suivant un axe 82. La vis 81 comporte un fût tronconique 83 se prolongeant d'un côté en une tête fraisée 84 et, de l'autre côté, en un filetage 85. L'extrémité supérieure 86 de la tête fraisée 84 forme un disque dont le plan est perpendiculaire à l'axe 82, le disque étant destiné à être disposé de manière sensiblement parallèle à une surface supérieure des éléments à assembler.
Le dispositif 80 comporte également une douille 87 adaptée pour et destinée la vis 81. La douille 87 comporte un fût cylindro-conique 88 apte à recevoir le fût tronconique 83 de la vis 81 en son sein et une partie tronconique 93 apte à recevoir la tête fraisée 84. La douille 87 s'étend suivant le même axe 82 et présente une surface extérieure cylindrique 89 et une surface intérieure tronconique 90.
Une distance, dite protrusion P3, sépare, avant mise en interférence, une surface inférieure 91 de la tête 84 de vis 81 et une surface supérieure 92 de la douille 87.
La figure 3 représente, de façon schématique, une vue en coupe des douilles d'une famille de dispositifs de fixation selon l'invention.
Selon l'invention, la famille de dispositifs, pour un diamètre donné, est constituée de N sous-familles, chaque sous-famille comportant plusieurs dispositifs présentant des hauteurs différentes et un taux de conicité identique.
Dans l'exemple, la famille comporte, pour un diamètre 49, trois sous- familles 46, 47 et 48 dont les taux de conicité sont, respectivement de 1 %, 2,5% et 4% et dont le diamètre extérieur 49 est identique.
Selon l'invention, de manière générale, pour une sous-famille N, la hauteur minimale d'une douille est égale à la hauteur maximale d'une douille de la sous-famille N-1 de manière à avoir une continuité sur la plage des épaisseurs à serrer. Dans l'exemple, la hauteur minimale 50 de douille de la sous-famille
47 est égale à la hauteur maximale 51 de douille de la sous-famille 46 et la hauteur minimale 52 de douille de la sous-famille 48 est égale à la hauteur maximale 53 de douille de la sous-famille 47.
La hauteur des douilles évolue par intervalles de seizièmes de pouce, i.e. de 1 ,5875 millimètres. Sur la figure 3, une multitude de traits pleins parallèles horizontaux représente des hauteurs de douilles distantes d'un seizième de pouce dans chacune des sous-familles 46, 47 et 48.
Dans un exemple chiffré, le diamètre extérieur minimal d'une douille est de 15,04mm, avec une hauteur comprise entre une fois ce diamètre, c'est-à-dire 15,04mm et dix fois ce diamètre, c'est-à-dire 150,4 mm. Dans l'exemple de la figure 3, la hauteur minimale 54 de douille de la sous-famille 46 mesure une fois et demi son diamètre extérieur, à savoir 1 ,5 x 35mm = 52 mm et la hauteur maximale 55 de douille de la sous-famille 48 mesure environ quatre fois son diamètre extérieur = 142 mm. Autrement dit, la famille selon l'invention comportant les trois sous-familles 46, 47 et 48 permet de serrer des éléments alésés avec un diamètre très légèrement supérieur à 35 mm, et présentant une épaisseur comprise entre 52 millimètres et 142 millimètres.
Selon l'invention, respectivement les diamètres 49 et 74 sont identiques pour tous les dispositifs des trois sous-familles 46, 47 et 48, quelle que soit leur hauteur.
Dans l'exemple, le plus petit diamètre 58 de surface intérieure est le même pour chaque dispositif ayant la hauteur la plus grande des trois sous- familles 46, 47 et 48. Dans une variante, au sein d'une famille, le diamètre 58 est différent pour chaque dispositif le plus grand d'une sous-famille.
Dans la sous-famille 46, les traits pleins obliques 56 correspondent à la surface intérieure tronconique de la douille de plus grande hauteur 51. Le plus petit diamètre intérieur 58 de la plus grande douille est projeté suivant ce tronc de cône 56 et varie donc en fonction de la hauteur de la douille. De ce fait, toutes les douilles de la sous-famille 46 présentent un taux de conicité identique.
Le taux de conicité des douilles de la sous-famille 46 est ici égal, par exemple, au rapport, en pourcentage, de la différence entre le plus grand diamètre 74 et le plus petit diamètre 58 de sa surface intérieure tronconique 56 par sa hauteur 51.
Dans la sous-famille 47, les traits pleins obliques 60 correspondent à la surface intérieure tronconique de la douille de plus grande hauteur 53. Le plus petit diamètre intérieur 58 de la plus grande douille est projeté suivant ce tronc de cône 60 et varie donc en fonction de la hauteur de la douille. De ce fait, toutes les douilles de la sous-famille 47 présentent un taux de conicité identique.
Le taux de conicité des douilles de la sous-famille 47 est ici égal, par exemple, au rapport, en pourcentage, de la différence entre le plus grand diamètre 74 et le plus petit diamètre 58 de sa surface intérieure tronconique 60 par sa hauteur 53.
La sous-famille 47 comporte en particulier trois douilles X, Y et Z de hauteur différente. Chaque hauteur étant séparée d'un seizième de pouce.
Dans la sous-famille 48, les traits pleins obliques 64 correspondent à la surface intérieure tronconique de la douille de plus grande hauteur 55. Le plus petit diamètre intérieur 58 de la plus grande douille est projeté suivant ce tronc de cône 64 et varie donc en fonction de la hauteur de la douille. De ce fait, toutes les douilles de la sous-famille 48 présentent un taux de conicité identique. Le taux de conicité des douilles de la sous-famille 48 est ici égal, par exemple, au rapport, en pourcentage, de la différence entre le plus grand diamètre 74 et le plus petit diamètre 58 de sa surface intérieure tronconique 64 par sa hauteur 55.
La figure 4 représente, de façon schématique, une vue rapprochée des plages de serrage acceptables par les dispositifs X, Y et Z. La plage de serrage étant la différence entre le maximum et le minimum des épaisseurs de structure qu'il est possible d'assembler avec un dispositif. Une plage de recouvrement 77 permet d'utiliser indifféremment la douille X ou Y pour serrer une même épaisseur d'élément comprise dans cette plage. Dans l'exemple, la plage de recouvrement 77 correspond à une double marge 78 et 79 d'un soixante-quatrième de pouce chacune.
Cette plage de recouvrement 77 d'un trente-deuxième de pouce permet d'assembler une épaisseur de structure comprise dans cette plage de recouvrement que ce soit avec la douille X ou Y, ceci présente un intérêt quand l'épaisseur à serrer se trouve proche de la fin de la plage de serrage de X ou au tout début de la plage de serrage de Y et qu'une incertitude existe dans le choix de X ou Y. Cette plage de recouvrement 77 peut également permettre de compenser un tassement de la structure pendant l'assemblage.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Famille de dispositifs (1 ; 20 ; 80) de fixation d'éléments (40 ; 41 ; 42 ; 43 ; 44 ; 45) préalablement alésés (3 ; 22) de manière cylindrique, chaque dispositif comportant
- une vis (4 ; 23 ; 81 ) s'étendant suivant un axe (5 ; 24 ; 82) et comportant un fût tronconique (6 ; 25 ; 83) et une tête (7 ; 26 ; 84),
- une douille (8 ; 27 ; 87) destinée à recevoir le fût de la vis en son sein, la douille s'étendant suivant le même axe et présentant une surface extérieure cylindrique (9 ; 28 ; 89) et une surface intérieure tronconique (10 ; 29 ; 90), caractérisé en ce que
- elle comporte au moins deux dispositifs dont les douilles présentent, avant mise en interférence, un diamètre extérieur (16A ; 16C) identique et un taux (C1 ; C2) de conicité de surface intérieure différent.
2 - Famille selon la revendication 1 , caractérisée en ce que
- le taux de conicité est compris entre 1 % et 10%, de préférence entre 1 % et 4%.
3 - Famille selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que le taux de conicité est fonction de
- une interférence (I F1 ; IF2) choisie et prédéterminée entre la douille et les éléments à assembler, cette interférence correspondant à une différence entre un diamètre (18) de l'alésage et un diamètre extérieur (16B ; 16D) de la douille après mise en interférence, - une distance, dite protrusion (P1 ; P2), avant mise en interférence, entre une surface inférieure (14 ; 33 ; 91 ) de la tête de vis et une surface supérieure (15 ; 34 ; 92) de la douille, et
- un jeu initial (J 1 ; J2) de montage entre le diamètre extérieur de la douille avant mise en interférence et le diamètre d'alésage de l'élément, - une réduction (Δ1 ; Δ2) d'épaisseur (e8A ; e8B ; e27C ; e27D) de la douille après mise en interférence, selon la formule : C = (IF + J + Δ) / P
4 - Famille selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que - la hauteur des douilles correspond, au minimum, à une fois leur diamètre extérieur après mise en interférence et, au maximum, à dix fois ce diamètre.
5 - Famille selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que - le taux de conicité du fût de la vis est le même que celui de la surface intérieure de la douille.
6 - Famille selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que
- le taux de conicité du fût de la vis est différent de celui de la surface intérieur de la douille.
7 - Famille selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que
- le taux de conicité varie localement au sein d'une même sous-famille
8 - Famille selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que
- elle est constituée de N sous-familles (46 ; 47 ; 48), chaque sous- famille de conicité comportant une multitude de dispositifs présentant des hauteurs différentes
9 - Famille selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que
- elle comporte au moins trois sous-familles dont les taux de conicité sont, de préférence de 1 %, 2,5% et 4%.
10 - Famille selon l'une des revendications 1 à 9 , caractérisée en ce que
- un taux d'interférence défini par la valeur de l'interférence choisie rapportée au diamètre extérieur de la douille avant mise en interférence, varie entre 0 et 3%.
1 1 - Famille selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que
- la hauteur des douilles évolue par intervalles de 1 ,5875 mm.
12 - Famille selon l'une des revendications 1 à 1 1 , caractérisée en ce que
- deux dispositifs successifs d'une même sous-famille ayant une différence de hauteur de 1 ,5875mm ont leurs plages de serrage qui se recouvrent de 0,79375 mm
13 - Famille selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que
- la tête de vis est de forme cylindrique ou fraisée et la douille associée est adaptée pour recevoir cette vis ayant une tête cylindrique ou fraisée.
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