FR2922280A1

FR2922280A1 - Procede d'assemblage pour une articulation mecanique resistante a la fatigue

Info

Publication number: FR2922280A1
Application number: FR0758220A
Authority: FR
Inventors: Francis Dazet
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2007-10-11
Publication date: 2009-04-17
Anticipated expiration: 2027-10-11
Also published as: FR2922280B1; US20090123224A1

Abstract

L'invention concerne un procédé pour assembler deux éléments (1, 2) non solidaires pour former une liaison mécanique articulée, un premier élément (1) comportant, au niveau de ladite liaison, un embout comportant deux chapes (11), un second élément (2) comportant, au niveau de ladite liaison, une chape (21), ledit procédé comportant au moins une étape de réalisation d'alésages (13, 23) dans les chapes (11, 21) de chaque élément (1, 2), et de montage en interférence de bagues ou rotule sur des surfaces internes (14, 24) des chapes des deux éléments. Une étape supplémentaire de grenaillage des surfaces internes des alésages (13, 23) des chapes (11, 21) des deux éléments (1, 2) est réalisée, pour chaque alésage (13, 23), entre l'étape de réalisation de l'alésage et l'étape de montage en interférence de la bague ou la rotule.

Description

Procédé d'assemblage pour une articulation mécanique résistante à la fatigue

La présente invention appartient au domaine des liaisons mécaniques articulées utilisées pour relier entre eux des éléments fixes ou mobiles et permettre un montage et démontage desdits éléments. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé pour l'assemblage des éléments par une liaison articulée lorsque ladite liaison articulée est fortement sollicitée par des efforts alternés provoquant des phénomènes de fatigue. Les liaisons mécaniques articulées, telles que par exemple les timoneries de commande ou certaine bielles structurales, sont particulièrement utilisées à bord des véhicules pour transmettre des efforts et sont généralement soumises à des sollicitations de forces alternées. Une liaison mécanique comporte par exemple, comme illustré sur la figure 1, un premier élément 1, tel que par exemple une bielle ou un guignol, dont seule une extrémité est représentée, maintenu à un second élément 2, tel que par exemple un levier ou une autre bielle, par un axe de pivotement 3. Le premier élément comporte un embout à deux chapes 11, sensiblement parallèles entre elles. L'espace ménagé entre les deux chapes 11 du premier élément 1 reçoit une chape 21 du second élément 2. Les chapes 11 dudit premier élément 1, respectivement la chape 21 dudit second élément 2 comportent un alésage 13, respectivement 23. Les alésages 13 et 23 sont coaxiaux et sont traversés par l'axe de pivotement 3. Ce type de liaison mécanique articulée se révèle vulnérable au niveau des alésages 13, 23 des chapes 11, 21 des deux éléments 1, 2, principalement du fait des fortes sollicitations en efforts alternés qui provoquent des phénomènes de fatigue. Pour améliorer la tenue en fatigue de cette liaison, une solution connue consiste à monter une bague 31 et/ou une rotule 32 en interférence sur des surfaces internes 14, 24 des alésages 13, 23 des chapes 11, 13 des deux éléments 1, 2 pour introduire une précontrainte dans les chapes, comme illustré sur la figure 1. Un montage en interférence correspond au montage d'une bague dans un alésage d'une chape de diamètre sensiblement inférieur à celui de ladite bague. Un mode de réalisation consiste à monter la bague dans l'alésage de la chape, par exemple par une méthode de contraction. Cette méthode consiste à refroidir énergiquement à l'azote liquide la bague dont la contraction momentanée permet son introduction avec un jeu dans l'alésage de la chape.

Lorsque la bague se dilate, conséquence de son retour progressif à la température ambiante, les surfaces en contact de la bague et de l'alésage de la chape sont comprimées, et un blocage correspondant au serrage prévu est obtenu. Le montage par interférence permet ainsi de créer des contraintes de 15 compression dans le matériau autour de l'alésage et d'augmenter la durée de vie en fatigue des matériaux métalliques utilisés. Cependant, cette solution, bien qu'apportant une amélioration de la tenue en fatigue des chapes par l'introduction d'une précontrainte au moyen d'une bague, est limité par la nécessité de pouvoir monter la bague, ce qui 20 limite la performance de la précontrainte. Pour répondre à des sollicitations plus élevées, une solution consiste à augmenter les épaisseurs des chapes. Toutefois, cette augmentation d'épaisseur n'est pas toujours réalisable pour des raisons d'environnement existant relativement contraignant. 25 De plus, afin de faciliter la pose des bagues, il est connu de pourvoir les alésages de chapes de chanfrein. Or, le montage en interférence ne permet pas de garantir la précontrainte dans le matériau de la chape dans la zone correspondant en épaisseur à la zone de la chape comportant le chanfrein. Un autre inconvénient concerne la sensibilité de ces liaisons articulées 30 à la corrosion. Dans ce cas, une solution consiste à ajouter un traitement de surface, assurant une protection anti-corrosion. Ce traitement peut être réalisé, par exemple, pour les alliages d'aluminium, au moyen d'un procédé d'oxydation anodique chromique (OAC) ou un procédé anodisation tartrique sulfurique (TSA) comportant des étapes préalables de dégraissage et de décapage. Ce traitement de surface, au niveau des différents éléments de la liaison articulée, confère une tenue à la corrosion plus élevée. Toutefois, cette protection anti-corrosion pénalise la liaison articulée avec un abattement en fatigue très important, de l'ordre de 30%, par rapport à une liaison articulée ne comportant pas cette protection. Le procédé, suivant l'invention, pour assembler deux éléments non 10 solidaires pour former une liaison mécanique articulée, un premier élément comportant, au niveau de ladite liaison mécanique articulée, un embout comportant au moins une chape en matériau métallique, un second élément comportant, au niveau de ladite liaison 15 mécanique articulée, un embout comportant au moins une chape en matériau métallique, comporte les étapes de : a) réalisation d'alésages : a1) dans la ou les chapes du premier élément à des cotes 20 nominales de montage d'une ou de bagues, a2) dans la ou les chapes du second élément à des cotes nominales de montage d'une ou de rotules, b) montage, en interférence : b1) d'une ou des bagues sur une surface interne de l'alésage de la 25 ou des chapes du premier élément, b2) d'une ou des rotules sur une surface interne de l'alésage de la ou des chapes du second élément, c) positionnement des au moins deux éléments de la liaison articulée de telle façon que les alésages desdits deux éléments sont coaxiaux, 30 d) montage d'un axe de pivotement dans la bague et la rotule des alésages de sorte que ledit axe de pivotement maintienne solidairement les au moins deux éléments préalablement positionnés. Le procédé comporte, en outre, au moins une étape supplémentaire de grenaillage des surfaces internes des alésages des chapes des deux éléments de sorte à créer une contrainte de compression sur lesdites surfaces internes des alésages des chapes desdits deux éléments, ladite étape supplémentaire de grenaillage étant réalisée, pour chaque alésage entre l'étape de réalisation de l'alésage et l'étape de montage en interférence de la bague ou la rotule. Avantageusement, lors de l'étape supplémentaire de grenaillage, un grenaillage est réalisé sur des surfaces de chanfreins lorsque les alésages des chapes comportent un ou des chanfreins. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé, le grenaillage des surfaces internes des alésages est effectué par une lance de grenaillage oscillante, à projection radiale de grenailles, positionnée à l'intérieur desdits alésages.

Dans un autre mode de mise en oeuvre du procédé, le grenaillage des surfaces internes des alésages est effectué par un déflecteur, à projection axiale de grenailles, positionné à l'intérieur desdits alésages. Afin de ramener le diamètre des alésages à la cote nominale de montage, une reprise d'alésage peut être réalisée après l'étape de grenaillage.

De plus, des traitements de surface d'anticorrosion peuvent être réalisés après la reprise d'alésage. L'invention concerne aussi une liaison mécanique qui comporte : - un premier élément comportant au moins une chape, en matériau métallique, - un second élément comportant au moins une chape, en matériau métallique, les chapes de chaque élément comportant chacune un alésage, lesdits alésages étant coaxiaux de sorte à permettre l'insertion d'un axe de pivotement pour assembler les deux éléments. Le matériau des chapes à proximité de surfaces internes desdits alésages est précontraint indépendamment du montage par interférence de bague et ou rotule dans lesdits alésages.

Le matériau est précontraint du fait d'un grenaillage des surfaces internes des alésages. La description détaillée de l'invention est faite en référence aux figures qui représentent : Figure 1, déjà citée, une vue en coupe des éléments réalisant un exemple d'une liaison articulée, Figure 2, une vue en perspective des éléments destinés à former une liaison articulée, avant application du procédé, suivant l'invention, Figure 3, une vue en perspective illustrant la réalisation des alésages 10 dans les deux éléments destinés à former une liaison articulée pendant la première étape du procédé suivant l'invention, Figure 4, une vue en perspective illustrant un exemple de grenaillage d'une surface d'un alésage, pendant la deuxième étape du procédé suivant l'invention, 15 Figure 5, une vue en coupe illustrant le positionnement des bagues et rotule dans les éléments pendant la troisième étape du procédé suivant l'invention, Figure 6, une vue de dessus illustrant un exemple de positionnement des éléments au cours de la quatrième étape du procédé suivant l'invention, 20 Figure 7, une vue en coupe des éléments réalisant un exemple d'une liaison articulée, après assemblage, suivant l'invention. Le procédé a pour but de réaliser un assemblage de deux éléments métalliques d'une liaison mécanique articulée soumise à des niveaux de charge élevés. 25 L'exemple de mise en oeuvre du procédé est décrit dans son application au cas d'une timonerie de commande, par exemple entre un actionneur et un élément mobile d'un aéronef. Ce choix n'est pas limitatif et le procédé s'applique également à tout assemblage comportant une jonction articulée. 30 Dans cette application, la liaison articulée, comme illustré sur la figure 2, comporte un premier élément 1, tel que par exemple une première bielle ou un guignol, comportant un embout comportant deux chapes 11 sensiblement parallèles en elles. Un second élément 2, tel que par exemple un levier ou une seconde bielle, comporte un embout comportant une chape 21. La chape 21 présente une épaisseur telle que ladite chape s'insère dans l'espace entre les deux chapes 11 dudit premier élément. D'autres liaisons articulées peuvent aussi être réalisées à partir du procédé suivant l'invention, dans lesquelles chaque élément comporte une ou plusieurs chapes, sans se départir de l'invention. Pour réaliser la liaison articulée, suivant le procédé, dans une première étape, comme illustré sur la figure 3, des alésages traversants 13, 23 dans chaque chape 11, 21 de chaque élément 1, 2 sont réalisés de telle façon que lesdits alésages soient à la même cote de montage nominale, et fonction du type de serrage ultérieur souhaité. Les alésages 13 des chapes 11 du premier élément 1 sont réalisés de 15 sorte que lesdits alésages ont un même axe 16. Dans une deuxième étape, une opération de grenaillage sur des surfaces internes 14, 24 des alésages 13, 23 des chapes 11, 21 des deux éléments est réalisée. Le grenaillage a pour effet d'introduire des déformations sur les 20 surfaces internes des alésages des chapes afin de produire des contraintes superficielles de compression. Une méthode de mise en oeuvre de la deuxième étape du procédé consiste, par exemple, à projeter à grande vitesse des billes sensiblement sphériques, dites grenailles, sur les surfaces internes des alésages des chapes. 25 Un moyen, par exemple, pour réaliser cette opération consiste à placer, comme illustré sur la figure 4, une lance 8 oscillante, à l'intérieur de l'alésage 23 de la chape 21 de l'élément 2 (et par extension à l'intérieur des alésages 13 de deux chapes 11 de l'élément 1) qui projette, par jet d'air par exemple, à vitesse radiale déterminée, des grenailles 9 sur la surface interne 24 de l'alésage 23. 30 Un autre moyen consiste à placer un déflecteur à grenaille, à l'intérieur de l'alésage 23 de la chape 21 de l'élément 2 (et par extension à l'intérieur des alésages 13 de deux chapes 11 de l'élément 1 qui projette, par jet d'air par exemple, à vitesse axiale déterminée, des grenailles 9 sur la surface interne 24 de l'alésage 23. Cette méthode est avantageusement mise en oeuvre dans le cas où l'alésage présente une profondeur supérieure au diamètre dudit alésage. Dans un mode de mise oeuvre, lorsque les alésages 13, 23 des chapes 11, 21 comportent, de préférence, un chanfrein (non représenté) pour faciliter la pose ultérieure d'un axe de pivotement dans les alésages, l'opération de grenaillage est avantageusement étendue audit chanfrein.

Le grenaillage permet de garantir une précontrainte dans toute l'épaisseur de la chape, y compris au niveau du chanfrein. De préférence, afin d'augmenter l'efficacité du grenaillage, une opération de dégraissage des surfaces 14, 24 des alésages 13, 23 à grenailler est préalablement réalisée avant la pulvérisation des grenailles 9.

Lors de l'opération de grenaillage, les cotes des alésages sont modifiées, leur diamètre est diminué. Cependant, le grenaillage ayant un effet relativement profond, une reprise d'alésage est possible après l'opération de grenaillage pour ramener le diamètre de l'alésage à la cote de montage, sans perdre le bénéfice de l'opération de grenaillage, c'est à dire la précontrainte.

L'opération de grenaillage est ainsi compatible du maintien des tolérances initiales du montage. L'opération de grenaillage est compatible avec des traitements ultérieurs d'anticorrosion tels que, par exemple, les traitements par un procédé d'oxydation anodique chromique (OAC) bu un procédé anodisation tartrique sulfurique (TSA), qui n'altèrent pas le bénéfice de l'opération de grenaillage. Lesdits traitements d'anticorrosion sont réalisés après la reprise d'alésage. A l'issue de cette deuxième étape, la tenue à la fatigue et la résistance des chapes à la corrosion sous tension sont améliorés du fait de l'opération de grenaillage.

Dans une troisième étape du procédé, comme illustré sur la figure 5, des bagues 31 et ou des rotules 32 sont montées en interférence dans les alésages 13 et 23. Une bague 31 est montée en interférence sur la surface interne 14 de chaque chape 11 du premier élément 1 et une rotule 32 est montée en interférence sur la surface interne 24 de la chape 21 du second élément 2.

Les bagues 31 sont de forme sensiblement annulaires, avec un diamètre extérieur sensiblement supérieur au diamètre de l'alésage 13 pour assurer le montage en interférence desdites bagues. La rotule 32 est de forme extérieure sensiblement annulaire, de diamètre extérieur sensiblement supérieur au diamètre de l'alésage 23 et de diamètre intérieur sensiblement égal au diamètre intérieur des bagues, de sorte à permettre l'insertion d'un axe de pivotement. Ladite rotule comporte une bague externe, dite cage 321, et une bague interne, dite noix 322, coopérant par des surfaces de contact sphériques 323. Dans un mode de mise en oeuvre, la bague 31 (par extension la rotule 32) est montée au moyen d'une méthode de contraction de ladite bague. Un moyen consiste à refroidir énergiquement et temporairement, par exemple avec de l'azote liquide, la bague dont la contraction momentanée permet l'introduction avec un jeu dans l'alésage 13 d'une chape 11 du premier élément 1.

A l'issue de cette troisième étape, une précontrainte supplémentaire est appliquée sur les surfaces intérieures des alésages. Dans une quatrième étape du procédé, les chapes 11 du premier élément 1 et la chape 21 du second élément 2 sont maintenus dans une position correspondant à une position relative dans un assemblage de la liaison articulée, par exemple, comme illustré sur la figure 6, dans le prolongement l'un de l'autre. Les alésages des chapes des deux éléments sont alignés de sorte que l'axe 16 des alésages 13 des chapes 11 du premier élément soit sensiblement confondu avec un axe 26 de l'alésage 23 de la chape 21 du second élément 2.

Dans une cinquième étape du procédé, comme illustré sur la figure 7, l'axe de pivotement 3 est placé et maintenu en position dans les alésages 13, 23 des chapes 11, 21 des deux éléments 1, 2 pour assembler et maintenir les deux éléments et réaliser la liaison articulée. L'axe de pivotement 3 est un axe conventionnel, de forme cylindrique de section circulaire, choisi de sorte à présenter un diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur des bagues 31 et de la rotule 32, et de longueur suffisante pour traverser les deux chapes 11 du premier élément 1 et la chape 21 du second élément 2. L'axe de pivotement 3 est maintenu de manière conventionnelle, par exemple à une de ses deux extrémités par un épaulement, ledit épaulement venant en appui sur une chape 11 du premier élément 1, et à l'autre extrémité par un moyen d'attache, tel qu'une vis ou un clip de rétention. L'invention permet ainsi de proposer un procédé pour assembler deux éléments par une jonction articulée, renforcée au niveau des alésages des différentes chapes, pour augmenter la résistance de ladite jonction aux sollicitations, principalement les efforts alternés, sans modifier les caractéristiques d'articulation et de précontrainte desdits éléments.

Claims

REVENDICATIONS

1- Procédé pour assembler deux éléments (1,

2) non solidaires pour former une liaison mécanique articulée, un premier élément (1) comportant, au niveau de ladite liaison mécanique articulée, un embout comportant au moins une chape (11) en matériau métallique, un second élément (2) comportant, au niveau de ladite liaison mécanique articulée, au moins une chape (21) en matériau métallique, ledit procédé comportant les étapes de : a) réalisation d'alésages : a1) alésages (13) dans la ou les chapes (11) du premier élément (1) à des cotes nominales de montage d'une ou de bagues (31), a2) alésages (23) dans la ou les chapes (21) du second élément (2) à des cotes nominales de montage d'une ou de rotules (32), b) montage, en interférence : b1) d'une ou des bagues (31) sur une surface interne (14) de l'alésage (13) de la ou des chapes (11) du premier élément (1) b2) d'une ou des rotules (32) sur une surface interne (24) de l'alésage (23) de la ou des chapes (21) du second élément (2), c) positionnement des au moins deux éléments (1, 2) de la liaison articulée de telle façon que les alésages desdits deux éléments sont coaxiaux, d) montage d'un axe de pivotement (3) dans la bague (31) et la rotule (32) des alésages (13, 23) de sorte que ledit axe de pivotement maintienne solidairement les au moins deux éléments (1, 2) préalablement positionnés, caractérisé en ce que le procédé comporte au moins une étape supplémentaire de grenaillage des surfaces internes (14, 24) des alésages (13, 23) des chapes (11, 21) des deux éléments (1, 2) de sorte à créer une contrainte de compression sur lesdites surfaces internes des alésages (13,23) des chapes (11, 21) desdits deux éléments, ladite étape supplémentaire de grenaillage étant réalisée, pour chaque alésage (13, 23) entre l'étape de réalisation de l'alésage et l'étape de montage en interférence de la bague ou la rotule. 2- Procédé suivant la revendication 1 dans lequel, lors de l'étape supplémentaire de grenaillage, un grenaillage est réalisé sur des surfaces de chanfreins lorsque les alésages (13, 23) des chapes (11, 21) comportent un ou des chanfreins.

3- Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel le grenaillage des surfaces internes (14, 24) des alésages (13, 23) est effectué par une lance (8) de grenaillage oscillante, à projection radiale de grenailles (9), positionnée à l'intérieur desdits alésages.

4- Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3 dans lequel le grenaillage des surfaces internes (14, 24) des alésages (13, 23) est effectué par un déflecteur, à projection axiale de grenailles (9), positionné à l'intérieur desdits alésages.

5- Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel une reprise d'alésage à la cote nominale de montage est réalisée après l'étape de grenaillage.

6- Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel des traitements de surface d'anticorrosion sont réalisés après la reprise d'alésage.

7- Liaison mécanique comportant un premier élément (1) comportant au moins une chape (11), en matériau métallique, et un second élément (2) comportant au moins une chape (21), en matériau métallique, les chapes (11, 21) comportant chacune un alésage (13, 23), lesdits alésages étant coaxiaux de sorte à permettre l'insertion d'un axe de pivotement (3) pour assembler les deux éléments (1, 2), caractérisée en ce que le matériau des chapes à proximité de surfaces internes (14, 24) desdits alésages est précontraint indépendamment du montage par interférence de bague (31) et ou rotule (32) dans lesdits alésages.

8- Liaison mécanique suivant la revendication 7 dans laquelle le matériau est précontraint du fait d'un grenaillage des surfaces internes (14, 24) des alésages (13, 23).