FR2629154A1 - Vis femelle de support de pression interne - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une vis femelle de support de pression interne 20 destinée à subir une charge composite variable du fait de variations de la pression interne. Les hauteurs de contact FW des filets FS de la vis sont rendues de plus en plus faibles dans le sens de la charge appliquée, ce qui égalise les moments fléchissants par unité de longueur s'exerçant aux fonds des sillons des divers filets de la vis pour réduire le moment fléchissant maximum et l'amplitude de moment fléchissant. Application aux vis femelles pour engins hydrauliques tels qu'accumulateurs ou cylindres hydrauliques.
Description
2629154-
-- i --
VIS FEMELLE DE SUPPORT DE PRESSION INTERNE.
La présente invention a trait à une vis femelle de
support de pression interne à utiliser à un endroit o ap-
paraissent de fortes variations de charge, par exemple dans un engin hydraulique tel qu'accumulateur ou cylindre hydrau-
lique et, plus particulièrement, à une vis femelle de sup-
port de pression interne ayant une excellente résistance
à la fatigue.
Par exemple, dans un accumulateur fonctionnant en engin hydraulique, l'intérieur d'un corps de récipient est divisé par une vessie en une chambre à gaz et une chambre à liquide, les deux tronçons extrêmes du récipient sont fermés par des plaques latérales, la vessie est libre de se dilater et de se contracter en réponse aux variations de pression hydraulique apparaissant dans un circuit hydraulique pour faire exercer par l'accumulateur un effet d'amortissement des pulsations et un effet d'amortissement des chocs et, pour fixer le corps du récipient à la plaque
latérale, on a recours à une vis parallèle.
Or, si la pression régnant dans l'accumulateur s'élève
et que les plaques latérales sont repoussées vers l'exté-
rieur, la vis subit des charges appliquées axialement et angulairement, c'est-à-dire ce qu'on appelle la charge composite variable, et cette charge n'est pas supportée
uniformément par les divers filets de vis, mais est nette-
ment échelonnée dans le sens d'application de la traction.
Par conséquent, il peut y avoir concentration d'ef-
forts au fond du sillon du tronçon extrême de pointe d'une
vis subissant une forte charge de traction et, par consé-
quent, la vis peut casser à cet emplacement.
Donc, en vue de résoudre cette difficulté, on peut
songer à utiliser un "Raccord vissé à excellente résis-
tance à la fatigue utilisant une vis mâle tronconique"
(voir le brevet des Etats-Unis n 4 189 975 et la publi-
cation du brevet japonais n 56-53651 -1981-).
Le titre du brevet des Etats-Unis est "Raccord vissé
à résistance à la fatigue améliorée".
-2- L'auteur de la présente invention a fabriqué aux fins
d'essais un accumulateur dans lequel une vis femelle 2 ap-
partenant au corps de récipient 1 et une vis mâle 4 appar-
tenant à une paroi latérale 3 présentent des filets de vis en forme de triangle équilatéral M106,8 x 2 et les hauteurs h des filets de vis m7 m1 de cette vis mâle 4 diminuent successivement comme représenté sur la figure 6; il a aussi fabriqué un accumulateur suivant la technique antérieure,
dans lequel les filets de vis triangulaires décrits ci-
dessus servent dans des conditions standards,et a étudié les proportions de partage de la charge entre les divers filets de vis des deux accumulateurs et les résistances à la fatigue de ces filets avec les paramètres suivants: diamètre de joint étanche d = 104 mm, pression interne
p = 0 - 312.105Pa et fréquence = 2,5 Hz.
D'après les résultats de l'étude, les proportions de
partage de la charge étaient plus régulières pour l'accu-
mulateur d'essai que pour celui selon la technique anté-
rieure, mais les durées de résistance à la fatigue étaient plus brèves pour l'accumulateur d'essai que pour celui
selon la technique antérieure.
On a noté à ce propos que le filet de vis supportant la plus forte proportion de la charge était le second filet de vis m2 à partir du tronçon extrême de pointe 2m et que la proportion était de 18,5% pour l'accumulateur d'essai, tandis que dans le cas de l'accumulateur suivant la technique antérieure, le filet de vis le plus chargé était le premier à compter du tronçon extrême de pointe et la proportion était de 21%; de plus, la-limite de fatigue
était de 560 000 cycles pour l'accumulateur selon la tech-
nique antérieure, tandis qu'elle était de 380 000 cycles
pour l'accumulateur d'essai.
En pratique courante, si la proportion de la charge supportée par un filet de vis est abaissée, la durée de résistance à la fatique se trouve prolongée, mais dans le cas de l'accumulateur d'essai décrit ci-dessus, au contraire,
la durée de résistance à la fatique se trouvait abrégée.
-3- On a donc cherché quel en était le motif et il a été
prouvé que parmi les moments fléchissants maximaux agis-
sant sur les fonds f des sillons d'un filetage, un moment fléchissant de crête s'applique au second fond de sillon f2 à partir du tronçon extrême de pointe 2e de la vis femelle, établissant une amplitude maximale de moment fléchissant,
et qu'une défaillance peut s'amorcer à cet endroit.
Autrement dit, quand la vis femelle 2 est poussée par
la vis mâle 4, chaque filet fm de la vis femelle se com-
porte en élément en porte-à-faux subissant une quote-part de la charge sur sa face inférieure et, ainsi, on peut assimiler la hauteur de filet fh du filet femelle fm à
une portée qui influence la grandeur du moment fléchissant.
Par conséquent, au cas o les hauteurs de filet fh sont uniformes, si les quotes-parts de charge supportées par les divers filets de vis ne sont pas rendues uniformes, plus la quote-part de charge est forte et plus le moment fléchissant de crête est grand, de sorte que l'amplitude de moment fléchissant accompagnant des variations de la charge peut devenir grande et que le filet est susceptible
de céder.
Donc, on a calculé les moments fléchissants par lon-
gueur unitaire apparaissant aux fonds de sillon d'une vis femelle dans l'accumulateur selon la technique antérieure et dans l'accumulateur d'essai en fonction de la charge, de la quote-part de la charge supportée et de la hauteur de contact du filet de vis et les résultats de ces calculs sont présentés sur la figure 3. Sur cette figure, la
courbe A représente les résultats obtenus avec l'accumula-
-teur selon la technique antérieure et la courbe B, ceux obtenus avec l'accumulateur d'essai et, d'après ces données, il s'est avéré qu'un moment fléchissant par longeur unitaire de crête PB de 132,43 N m/m apparaît au fond du second sillon de filet de vis f2 à partir du tronçon extrême de pointe 2 dans l'accumulateur d'essai B; de plus, ce moment PB est plus grand que le moment fléchissant de pointe par longueur unitaire PA, de 118,83 N.m/m, constaté dans -4- l'accumulateur selon la technique antérieure A et, par conséquent, l'amplitude du moment fléchissant devient si grande que la vis femelle est susceptible de céder par fatigue. Par conséquent, afin d'éviter la rupture par fatigue, on peut songer à épaissir la paroi de la vis femelle ou à augmenter la longueur de filetage. Toutefois, si l'on a recours à ces mesures pour une vis femelle d'accumulateur, le corps de récipient atteint des dimensions telles qu'il devient inutilisable dans un volume réduit et, en outre,
il y a gaspillage de matière.
Compte tenu de cet état de choses, la présente inven-
tion a pour but d'améliorer la résistance à la fatigue d'une vis femelle ainsi que de prévoir une vis femelle utilisable
même dansun volume réduit.
La présente invention réside en ce que, dans une vis femelle soumise à une charge composite variable du fait de variations d'une pression interne, on réduit successivement les hauteurs de contact des filets de la vis femelle dans le sens de la charge de traction appliquée à celle-ci et, par là, les moments fléchissants maximaux et les amplitudes des moments fléchissants appliqués aux divers filets de la
vis femelle.
On va maintenant décrire certaines réalisations préfé-
rées de l'invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe droite longitudinale grossie illustrant un mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe droite.longitudinale d'un accumulateur matérialisant la présente invention,;dont les filetages de vis mâle et femelle sont représentés avec grossissement sur la figure 1; la figure 3 est un diagramme illustrant la relation existant entre les divers fonds de sillon des filets de vis femelle et les moments fléchissants par longueur unitaire maximaux; -5-
les figures 4 et 5 sont des vues en coupe droite longi-
tudinale correspondant à la figure 1, illustrant respective-
ment d'autres réalisations préférées de l'invention; et la figure 6 est une vue en coupe droite longitudinale grossie illustrant un exemple selon la technique antérieure. Sur les dessins, les pièces constitutives désignées par des références numériques semblables-sont homologues et
jouent les mêmes rôles.
La figure 2 est une vue en coupe droite longitudinale d'un accumulateur ACC, dans lequel l'intérieur d'un corps de récipient 10 est cloisonné par une vessie 11 en une chambre à gaz 12 et une chambre à liquide 13, les tronçons
extrêmes opposés 14 et 15 du corps 10 étant fermés par des.
plaques latérales 16 et 17. Dans ces tronçons extrêmes
opposés 14 et 15 du corps 10 sont vissées des plaques laté-
rales 16 et 17 et les filetages S -intermédiaires sont
façonnés comme représenté sur la figure 1.
Plus particulièrement, à l'intérieur du tronçon extrême 14 du corps de récipient 10 est façonnée une vis femelle 20
devant recevoir une vis mâle 19 de la plaque latérale 16.
Cette vis femelle 20 présente dix filets de vis femelle FS et, pour ce qui est des hauteurs L des divers filets, les filets de vis femelle sont façonnés en sorte d'avoir la même hauteur depuis un filet de vis femelle FS10 jusqu'à un filet de vis femelle FS8, de façon que la hauteur de filet de vis femelle FS entrant en contact avec un filet de vis mâle MS, appelée ci-après "hauteur de contact" FW, soit rendue uniforme, mais depuis un filet de vis femelle FS7
jusqu'à un filet de vis femelle FS1, les filets de vis fe-
melle présentent des crêtes tronquées et ont des hauteurs L
de plus en plus faibles, ceci afin de réduire progressive-
ment les hauteurs de contact FW des filets de vis femelle
dans le sens de la charge de traction appliquée, c'est-à-
dire dans le sens indiqué par la flèche A1.
A ce moment, alors que la droite 21 reliant la crête du filet de vis femelle FS10 à la crête du filet de vis femelle FS8, est parallèle à l'axe C de la vis femelle, -6- la droite 22 reliant la crête du filet de vis femelle FS8 à celle du filet de vis femelle FS1, est inclinée, faisant
avec la droite 21 un angle de pente e.
On peut choisir cet angle de pente e suivant les besoins; on lui donne de préférence une-valeur de 10 ou moins et,
par exemple, on choisit un angle de pente e égal à 3 .
On donne aux fonds de sillon des filets de vis femelle fl à f10 une forme arquée, le rayon fr de l'arc étant égal
à 0,1 à 0,18 fois le pas de la vis.
Les hauteurs respectives ML de filets de la vis mâle
19 ont une valeur standard. On notera que la référence nu-
mérique 25 désigne un arrêtoir de type C destiné à empêcher
le vissage au-delà du degré nécessaire.
On va maintenant décrire le fonctionnement de la réali-
sation choisie à titre d'exemple, dont les parties constitu-
tives, désignées par des références numériques semblables
sur les dessins, sont homologues et jouent les mêmes rôles.
Quand la pression hydraulique régnant dans le circuit hydraulique 30 varie et que du liquide est refoulé à l'intérieur de l'accumulateur ACC, la vessie 11 se trouve comprimée, de sorte que la pression régnant dans la chambre à air 12 s'élève et que la plaque latérale 16 est repoussée
dans le sens indiqué par la flèche A2.
Par conséquent, attendu que la vis mâle 19 est aussi repoussée dans le même sens, une charge.s'applique aussi à la vis femelle 20 dans laquelle est vissée la vis mâle
19 et, par conséquent, des quotes-parts de charge s'appli-
quent respectivement aux filets de vis FS1 à FS10.
Or, si ces quotes-parts de charge sont trop fortes, les filets de vis femelle peuvent subir des déformations élastique et plastique, ayant pour effet de modifier le pas de la vis femelle, de sorte que la charge réellement supportée par un filet de vis FS représente seulement la composante de force provoquant la déformation élastique, le reste de la charge étant supporté par le filet de vis suivant. En outre, pour la transmission de charges à partager, -7-- les divers filets de vis supportent des charges qui sont fonction des grandeurs des zones de contact, et les excès
de charge sont supportés par les filets de vis immédiate-
ment suivants.
De cette manière, la quote-part de charge réelle sup- portée par chaque filet de vis est déterminée par l'aire de contact du filet de vis femelle; par conséquent, si les hauteurs de contact FW des filets de vis femelle diminuent
successivement dans le sens de la charge de traction ap-
pliquée, c'est-à-dire dans le sens indiqué par la flèche A1,
les aires de contact sus-mentionnées diminuent aussi suc-
cessivement dans le même sens et, donc, les quotes-parts de charge supportées par les divers filets de vis deviennent
presque égales les unes aux autres.
De plus, puisque les hauteurs de contact diminuent successivement dans le sens indiqué par la flèche A1, comme décrit ci-dessus, les longueurs de pcrte qui influencent les grandeurs des moments fléchissants diminuent aussi
successivement dans le même sens.
De ce fait, le moment fléchissant de crête par longueur unitaire apparaissant au fond du sillon de la vis dans le
tronçon extrême de pointe 20E de la vis femelle, c'est-à-
dire le plus grand des moments fléchissants par longueur unitaire appliqués aux fonds de sillon fl à f10 des filets de vis femelle respectifs,se trouve aussi réduit et, par conséquent,les moments fléchissants par longueur unitaire maximaux apparaissant aux fonds de sillon fl à f10 des
filets de vis femelle respectifs se trouvent égalisés.
Le résultat en est que l'amplitude du moment fléchis-
sant appliqué au fond de sillon de chaque filet de vis devient également faible et l'on obtient par conséquent une vis femelle de support de pression interne dotée d'une
excellente résistance à la fatigue.
On notera à ce propos qu'on a fabriqué un accumulateur comportant la vis femelle suivant la présente invention et qu'on a procédé à une expérimentation semblable à celle opérée pour l'accumulateur selon la technique antérieure - 8 - décrit plus haut. Dans ce cas, les moments fléchissants
par longueur unitaire maximaux appliqués aux fonds de sil-
lon des divers filets de la vis femelle ont été tels qu'in-
diqués par la courbe C sur la figure 3, sur laquelle le moment fléchissant de crête par longueur unitaire PC = 56,90 N.m/m est inférieur à la moitié du moment
fléchissant de crête par longueur unitaire PA de l'accu-
mulateur A selon la technique antérieure; de plus, la résistance à la fatigue s'est avérée être de 2 000 000 de cycles, soit le quadruple ou plus de la résistance à la
fatigue de l'accumulateur selon la technique antérieure.
Il va de soi que la présente invention n'est pas applicable seulement à des filets de vis triangulaires, mais aussi à des filets carrés, ronds, trapézoïdaux etc. Il est aussi bien entendu qu'on pourrait, comme illustré par la figure 4, réduire successivement les hauteurs de contact FW d'une vis femelle 20 dans le sens de la charge appliquée, c'est-à-dire dans le sens indiqué par la flèche A1, en diminuant successivement les hauteurs de filet sur toute la longueur d'une vis trapézoïdale, c'est-à- dire d'un filet de vis femelle FS7 à un filet de
vis femelle FS1.
De plus, comme représenté sur la figure 5, on pourrait réduire successivement les hauteurs de contact d'une vis femelle dans le sens indiqué par la flèche A1 en égalisant les hauteurs L des divers filets de vis femelle et en réduisant progressivement les surfaces de contact MC sur les tronçons de crête MT des filets de vis femelle FS7 à FS1. Suivant la présente invention, puisque les hauteurs de contact de filet d'une vis femelle sont successivement réduites dans le sens de la charge de traction appliquée, les quotes-parts de charge appliquée aux divers filets de vis femelle se trouvent égalisées, et donc aussi les moments fléchissants maximaux par longueur unitaire s'exerçant aux
fonds de sillon des divers filets.
Par conséquent, attendu que le moment fléchissant de -9- crête par longueur unitaire apparaissant dans le tronçon
extrême d'une vis femelle et l'amplitude du moment fléchis-
sant, se trouvent réduits, la durée de résistance à la
fatigue est prolongée.
De ce fait, on obtient une vis femelle de support de pression interne dotée d'une excellente résistance à la fatigue et, de plus, on peut rendre la paroi de la vis plus mince et plus courte que pour les vis femelles selon
la technique antérieure.
Ainsi, le volume de réception de la vis femelle peut être rendu petit et donc, si l'on utilise cette vis femelle dans un engin hydraulique tel qu'accumulateur, cylindre
hydraulique etc., on peut réduire la grandeur de l'appareil.
- 10 -
Claims (7)
1. Vis femelle de support de pression interne (20) destinée à subir une charge composite variable du fait de variations de la pression interne, caractérisée en ce que leshauteurs de contact (FW) de ses filets (FS) sont ren- dues de plus en plus faibles dans le sens de la charge
de traction appliquée.
2. Vis femelle de support de pression interne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les hauteurs de contact (FW) de ses filets (FS) sont rendues de plus en plus faibles dans le sens de la charge de traction appliquée par troncature et profilage des crêtes de ses filets.
3. Vis femelle de support de pression interne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on rend les hauteurs de contact (FW) de ses filets (FS) de plus en
plus faibles dans le sens de la charge de traction appli-
quée en réduisant les surfaces de contact de ses crêtes
de filet.
4. Vis femelle de support de pression interne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les crêtes (MT) de ses divers filets (FS) sont situées sur la même droite
inclinée (22).
5. Vis femelle de support de pression interne selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'angle de pente
de ladite droite inclinée (22) est de 10 ou moins.
6. Vis femelle de support de pression interné, carac-
térisée en ce que les hauteurs de contact (FW) de ses filets (FS) sont rendues de plus en plus faibles dans le
sens de la charge appliquée.
7. Vis femelle de support de pression interne, carac-
térisée en ce que les hauteurs de contact (FW) de ses filets (FS) sont rendues de plus en plus faibles sur toute
sa longueur dans le sens de la charge appliquée.
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