Ecrou indesserrable Il existe actuellement de nombreux écrous de sécurité ou dispositifs tendant à empêcher le desser rage des assemblages vissés soumis à des vibrations ou, d'une façon générale, à des mouvements faisant intervenir soit de grandes forces, soit de fortes accé lérations. La fig. 1 représente un dispositif connu réalisé au moyen d'un écrou 1 et d'un contre-écrou 3. Un goujon 2 est fixé dans une pièce de base B et la pièce 5 devant être serrée sur la pièce de base est traversée par le goujon 2. Un tel assemblage a pour but d'introduire un couple de frottement additionnel entre l'écrou et le contre-écrou pour éviter le des serrage de l'écrou.
En réalité, dans cet assemblage, l'état de tension entre les filets du goujon et de l'écrou se trouve être diminué par rapport à celui existant après serrage de l'écrou et avant le blocage de celui-ci par le contre-écrou. De très grandes forces de frottement apparaissant entre la pièce serrée et l'écrou, ainsi qu'entre l'écrou et le contre-écrou, ces trois éléments sont en fait, rendus solidaires les uns des autres. Il s'ensuit qu'un tel assemblage se desserre lorsque la pièce serrée 5 est soumise à des vibrations, car elle entraîne par frottement l'écrou et le contre- écrou dans ses déplacements angulaires dans le sens du desserrage.
D'autre part, la masse totale de l'écrou et de son contre-écrou n'est pas négligeable, de sorte que lorsqu'ils sont soumis à des vibrations, les forces d'inertie qui apparaissent suffisent à provoquer le desserrage de l'assemblage.
Dans le cas d'une pièce serrée P maintenue en plusieurs endroits par un dispositif tel que celui re présenté à la fig. 1, cette pièce serrée P se déforme élastiquement sous l'effet de vibrations. Les couples résultant de ces déformations élastiques qui sont de sens inverse au filet, de même que les effets dyna- iniques de la pièce P dans ce même sens, provoquent le desserrage desdits écrous.
La fig. 2 représente un autre dispositif connu réalisé au moyen d'un écrou 1 et d'une rondelle- ressort 4. Un tel assemblage tend à rendre solidaires l'un de l'autre l'écrou et la pièce à serrer 5. En effet, les arêtes vives de la rondelle-ressort en acier trempé pénètrent, lors du serrage, dans une face de l'écrou et dans une face de la pièce serrée. Dans un tel assemblage, l'écrou est entraîné dans tous les déplace ments angulaires élastiques ou non de la pièce 5, ce qui provoque le desserrage de l'assemblage comme il est décrit en référence à la fig. 1.
La fig. 3 illustre un troisième dispositif connu réalisé au moyen d'un écrou dit Simmond , pré sentant une bague b en matière déformable (fibre ou matière plastique). Cette bague est déformée par le filet du goujon 2 lors du serrage et tend à aug menter les forces de frottement entre l'écrou et le goujon. Bien qu'étant le meilleur parmi les écrous de sûreté connus représentés, les forces de frotte ments apparaissant entre l'écrou et la pièce serrée sont suffisantes pour entraîner l'écrou dans les dé placements angulaires de la pièce 5, donc de pro voquer le desserrage de l'écrou.
L'intérêt de cet assemblage réside dans le fait que l'écrou est pra tiquement imperdable, c'est-à-dire que s'il est bien dimensionné, il ne peut quitter le goujon de lui- même, car le couple de frottement entre l'écrou et le goujon engendré par la déformation élastique de la bague b s'oppose de manière efficace aux effets d'inertie dus à la seule masse de l'écrou. Ainsi, en pratique, les vibrations de la pièce serrée P peuvent seulement provoquer un léger desserrage si l'effort entre la pièce et l'écrou tend à diminuer fortement. Si, au contraire, cet effort garde sensiblement sa valeur initiale, l'écrou se desserre totalement.
Un autre inconvénient de cette solution réside dans le fait que l'élément élastique à une durée limitée, des caractéristiques peu stables et ne supporte pas les températures élevées, ce qui limite son champ d'ap plication.
Actuellement, lorsqu'il est absolument nécessaire d'éviter le desserrage d'un assemblage soumis à des vibrations de la machine ou de l'installation dont il fait partie, on est obligé d'employer des écrous cré nelés et de les claveter. Une telle solution est peu pratique et requiert une main-d'oeuvre qualifiée pour le montage. D'autre part, lors d'un réassemblage à la suite de réparation ou de toute autre cause ayant nécessité le démontage d'un tel assemblage, seules certaines positions angulaires de l'écrou par rapport au goujon sont possibles.
Ceci entraîne souvent des jeux non désirés ou en tout cas des couples de ser rage ne pouvant pas être déterminés d'avance. Par ailleurs, le prix de montage de cette solution est très élevé.
Or le meilleur moyen d'assurer l'indesserrabilité d'un écrou est d'éviter son entraînement par la pièce serrée. A cette fin, l'utilisation de roulement à billes par exemple entre la pièce serrée et l'écrou cons titue une solution connue, qui a également l'avantage d'éviter l'entraînement par frottement de la pièce serrée par l'écrou au moment du serrage.
Les diverses solutions connues, basées sur une réduction des frottements entre la pièce serrée et l'écrou, mises sur le marché ou publiées jusqu'à ce jour, sont d'un emploi très limité, elles sont consti tuées par un ensemble d'éléments séparés qui doivent être assemblés. par le monteur lors de la mise en place de l'écrou ; or, ces assemblages ne satisfont pas aux exigences usuelles des constructeurs.
Par exemple, un écrou rendu indesserrable par un assemblage constitué par un écrou et une butée à billes existant sur le marché donne la solution théo rique du problème mais présente par contre les dé fauts suivants 1. Résistance mécanique des billes insuffisante, du fait que leur nombre est réduit par la présence de la cage à billes.
2. Excentrage possible au montage des deux élé ments constitutifs (écrou et butée) qui donnent lieu à des composantes radiales provoquant la rupture des bagues de roulement.
3. Encombrement et prix élevés, montage compli qué (4 pièces à monter), impossibilité d'accès à deux écrous par une même clé tubulaire car le diamètre extérieur d'une butée de type existant sur le marché et capable de supporter les efforts auxquels elle est soumise en service normal est plus grand que le diamètre du cercle dans lequel est inscrit le profil de l'écrou.
4. Vulnérabilité du roulement à la crasse et à la rouille.
En résumé, les roulements et les écrous ne sont pas adaptés à leur association. L'invention a pour objet un écrou indesserrable qui tend à remédier aux divers inconvénients des écrous connus et cités ci-dessus. Cet écrou indesser- rable comprend un corps fileté destiné à prendre appui sur la pièce à serrer par l'intermédiaire d'une butée axiale à roulement ou à glissement.
Il est ca ractérisé par le fait que le corps présente un évide ment annulaire coaxial à celui du corps et débou chant sur l'une de ses faces d'extrémité, que ladite butée axiale présente un diamètre externe plus petit que la distance entre pans opposés de l'écrou et qu'elle est logée dans ledit évidement tout en for mant par rapport à cette face, une saillie juste suf fisante pour éviter que cette face vienne en contact avec la pièce à serrer, par le fait que cette butée axiale prend appui dans le fond dudit évidement, de manière à assurer une répartition régulière des contraintes dans le corps fileté, ainsi que dans la butée,
et par le fait que des moyens de retenue main tiennent coaxialement cette butée à l'intérieur dudit évidement, tout en autorisant des déplacements an gulaires relatifs entre le corps fileté et la bague ex térieure de ladite butée.
Un tel écrou indesserrable peut remplacer n'im porte quel écrou ordinaire ; il présente sensiblement le même encombrement et répond aux mêmes con ditions et exigences de montage.
Les fig. 4 à 7 illustrent partiellement en coupe quatre formes et variantes d'exécution de l'écrou indesserrable selon l'invention.
La fig. 8 représente une butée axiale réalisée au moyen de deux écrous indesserrables selon l'une des formes d'exécution représentées.
Dans la forme d'exécution représentée par la fig. 4, l'écrou indesserrable comprend un écrou 6 et un roulement à billes logé dans un évidement annulaire 7 coaxial à l'intérieur de cet écrou. Toute fois, la bague extérieure de cette butée axiale fait légèrement saillie sur la face d'extrémité de l'écrou.
L'écrou 6 présente une forme extérieure et un filetage se conformant à l'une des normes en vigueur y relatives suivant les besoins de l'utilisateur. Cet écrou 6 présente, en outre, un évidement annulaire 7 centré sur son axe de rotation et dont l'ouverture est située sur l'une des faces 8 perpendiculaires audit axe de rotation.
La butée comporte une bague 11 prenant appui sur le fond de l'évidement 7 et présente un chemin de roulement 12, ainsi qu'une couronne 13 présen tant également un chemin de roulement 12 ; ces che mins de roulement étant exécutés en acier traité, des billes sphériques 14 coopérant avec les chemins de roulement 12 sont réparties régulièrement le long de ceux-ci.
Lors de la fabrication de cet écrou, après mise en place du palier de butée, le bord de la paroi ex térieure 9 de l'évidement annulaire 7 est déformé de manière à former un dispositif circulaire de rete nue 10 venant en prise libre sur un épaulement 15 de la couronne 13, de façon à empêcher la butée de sortir de son logement 7. Le serrage de la butée s'effectue par une face de serrage 16 située à l'ex térieur du logement 7 dans un plan parallèle à la face 8 de l'écrou 6. Une pièce P est serrée sur la pièce de base B au moyen dudit écrou indesserrable vissé sur le goujon 2.
Le fonctionnement de l'écrou décrit est le sui vant: Le goujon 2 étant vissé dans la pièce de base B et la pièce P mise en place, l'opérateur visse l'écrou 6 sur le goujon 2, de manière que la face de serrage 16 du palier de butée soit située du côté de la pièce P. Lorsque la face de serrage 16 rencontre la pièce P, le serrage proprement dit commence. Ce serrage s'effectue exactement de la même façon que pour un écrou normal. Toutefois, la rotation relative de l'écrou par rapport à la pièce P se fait au moyen du palier de butée. En effet, les forces de frottement apparaissant entre les chemins de roulements 12 et les billes 14 sont très inférieures, de l'ordre du dixième de celles apparaissant soit entre l'écrou et le goujon 2, soit entre la pièce P et la face de ser rage 16.
De cette manière, lorsque le serrage est effectué, une liaison rigide est réalisée entre la couronne 13 et la pièce P d'une part, et l'écrou 6 et le goujon 2 d'autre part. Par contre, l'écrou 6 reste libre par rapport à la pièce P. Dans ces conditions, les dé placements angulaires de la pièce P par rapport à B dus à des vibrations ou à toute autre cause, en traînent uniquement la couronne 13 du palier de butée, mais celle-ci ne peut entraîner l'écrou 6 dans ces déplacements. En outre, le couple d'inertie dû à l'accélération par les vibrations de la masse pro pre de l'écrou est très inférieur au couple de frotte ment qu'il faut vaincre pour provoquer le desserrage et dû aux grandes forces de frottement existant entre l'écrou et la vis.
Dans une variante d'exécution représentée à la fig. 5, le dispositif de retenue 10 comporte un cir- clips 17 engagé dans une rainure 18 pratiquée dans la paroi de l'évidement 7 de l'écrou 6. Les billes 14 du palier de butée sont remplacées par une bague en matière autolubrifiante 19. Ici également, les for ces de frottement entre la couronne 13 et l'écrou 6 sont beaucoup plus faibles qu'entre l'écrou 6 et le goujon 2, de sorte que le fonctionnement de cette variante du dispositif de sûreté pour écrou est iden tique à celui décrit en référence à la fig. 4.
Dans une seconde forme d'exécution représentée à la fig. 6, le circlips de l'écrou de la fig. 5 est rem placé par une bague ressort 17a. L'évidement 7 est constitué par un perçage dont le diamètre est égal au diamètre extérieur de la gorge. Le palier de butée est simplifié en ce sens que la couronne 13 et la bague 11 sont en contact direct l'une avec l'autre. D'autre part, les forces de frottement entre l'écrou 6 et le goujon 2 sont encore augmentées par une bague en matière déformable 20 (fibre, matière plas- tique) engagée dans une gorge 21 pratiquée dans la surface interne de l'écrou 6 et coopérant avec le filet du goujon 2.
Ce dernier complément peut ren dre l'écrou imperdable dans le cas où par inattention, il n'aurait pas été suffisamment serré. Ici, de nou veau, les forces de frottement entre l'écrou et le goujon d'une part et la couronne et la pièce P d'au tre part, sont beaucoup plus grandes que celles exis tant entre la couronne 13 et la bague 11 du palier de butée. Le fonctionnement de cette variante est donc identique à celui décrit en référence à la fig. 4.
Dans d'autre variantes, les bagues 19 ou 11 peuvent présenter des rainures constituant des réser voirs de lubrifiants, qui permettent d'obtenir une meilleure lubrification du palier de butée et de ré duire les frottements internes.
La fig. 7 illustre une variante d'exécution pré sentant des caractères de l'écrou de la fig. 4 et de celui de la fig. 6, l'écrou de la fig. 7 étant muni d'une butée à billes (11, 13, 14) à rotule. La hauteur filetée correspond à la hauteur de filetage d'un écrou standard, tandis que la largeur sur pans a corres pond à la plus petite des valeurs normalisées par rapport au diamètre de filetage et que la hauteur de l'écrou est augmentée par rapport aux dimensions normalisées d'une valeur correspondant approxima tivement à la hauteur totale de la butée à billes.
Le filet sur la hauteur de la butée à billes est donc supprimé, ce qui permet de donner à cette butée le dimensionnement correct correspondant aux con ditions de résistance mécaniques exigées.
La fig. 8 représente une butée axiale réalisée au moyen d'écrous indesserrables décrits.
Entre la pièce de base B et la pièce P, une ron delle 22 est intercalée, un premier écrou 23 est vissé jusqu'à ce qu'il touche la pièce P, mais n'est pas serré sur celle-ci, un second écrou indesserrable 24 est serré contre le premier, de sorte qu'ils sont ren dus solidaires du goujon 2 grâce aux grandes forces de frottement apparaissant entre chacun d'eux et le goujon. La pièce P est donc libre pour tout déplace ment angulaire puisqu'elle prend appui sur la cou ronne 13 d'un palier de butée, mais sa position axiale est fixée par les deux écrous rendus solidaires du goujon 2.
Dans une variante d'exécution de la butée repré sentée à la fig. 8, la pièce de base B peut être rem placée par deux écrous indesserrables fixés sur le goujon 2 de la manière décrite en référence à la fig. 7. La pièce P peut ainsi pivoter autour du gou jon 2, mais elle est maintenue dans une position axiale déterminée par les deux paires d'écrous si tuées de part et d'autre de cette pièce et dont les écrous sont bloqués très fortement l'un sur l'autre. L'efficacité de ces butées axiales est la même que les écrous soient disposés de la manière représentée à la fig. 8 ou qu'ils soient placés de sorte que les deux couronnes 13 soient en contact l'une avec l'autre.
Un tel montage procure en outre la faculté d'un réglage facile et aisé de la position axiale de la pièce P le long du goujon 2.
Lorsque les écrous sont soumis à de très fortes vibrations, il peut être avantageux d'utiliser des écrous en métaux légers ou en matière moulée, de manière à réduire leur inertie. On peut aussi utiliser des écrous munis d'une bague en matière plastique ou en fibre comme décrit en référence à la fig. 6, permettant d'augmenter les forces de frottement entre l'écrou et la vis et de rendre par ailleurs l'écrou imperdable dans le cas de bris de la pièce serrée ou d'un manque de serrage.
Les écrous indesserrables décrits ont pour but de rendre impossible leur entraînement par la pièce serrée grâce à la limitation des forces de frottement entre ces deux éléments à une valeur inférieure aux forces de frottement entre l'écrou et la vis. D'autre part, les écrous décrits peuvent être plus légers que les écrous ordinaires, du fait de l'évidement 7 pra tiqué dans le corps de ceux-ci, ce qui diminue les forces d'inertie dues à la masse propre de ces écrous lorsqu'ils sont soumis à de fortes accélérations et diminue donc le risque de desserrage de ces écrous.
En outre, les réalisations telles que schématisées aux fig. 4 et 5 s'appuient sur les théories mathéma tiques de l'élasticité d'un écrou dont un extrait est donné dans Vorlesungen über Maschinenelemente von M. ten. Bosch (zweite Auflage, Verlag von Ju- lius Springer 1940 Berlin, p. 157).
Il s'ensuit que loin d'affaiblir l'écrou l'évidement 7 réservé au loge ment du roulement à billes tend en cas de dimen- sionnement correct, à favoriser une meilleure répar tition des contraintes dans le filet, sur toute la hauteur.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 6, l'évidement réservé à la butée axiale s'étend jusqu'au diamètre extérieur du goujon 2. La longueur de la partie filetée de l'écrou est alors fonction des carac téristiques exigées et du choix des matériaux.
Le dimensionnement des roulements à billes doit tenir compte de toute la technique relevant de cette spécialité. En particulier à la fig. 4, le siège de la bague 11 au fond de l'évidement 7 pourrait sans autre être à rotule sphérique. Le roulement à billes étant incorporé dans le corps de l'écrou, la cage à billes des roulements ordinaires a pu être supprimée, ce qui permet le montage d'un plus grand nombre de billes qui peuvent être en contact les unes avec les autres.
Les efforts qui s'exercent sur la butée sont axiaux et leur valeur est limitée. En effet, le jeu entre les bagues du roulement et les parois de l'évidement 7 peut être réduit à un minimum, de sorte que les déplacements relatifs entre l'écrou et les organes de la butée axiale sont toujours concentriques. Ceci n'est généralement pas le cas pour des montages comportant des pièces montées individuellement par le monteur et les excentricités relatives qui peuvent se produire provoquent alors des efforts latéraux conduisant souvent à la rupture des chemins de roulement.
Le nombre des billes dépend de leur diamètre et du diamètre du goujon 2 lors du serrage de l'écrou, les billes ne doivent pas former d'empreintes dans les chemins de roulement des bagues. Les épaisseurs des parois latérales de l'évidement doivent être suf fisantes pour résister aux efforts auxquels elles sont soumises. Le dimensionnement correct des billes et leur nombre maximum choisi comme indiqué plus haut, a permis de réduire la largeur des chemins de roulement qui ont, dès lors, pu être logés à l'inté rieur du corps de l'écrou.
L'écrou, objet de l'inven tion, peut sans autre être mis en fabrication avec les moyens de décoltage, de pressage à chaud ou à froid utilisés déjà actuellement dans la fabrication des écrous et des roulements à billes.