WO2014044970A1 - Système de rétention d'aubes et procédé d'assemblage - Google Patents

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    • Y10T29/49321—Assembling individual fluid flow interacting members, e.g., blades, vanes, buckets, on rotary support member

Definitions

  • turbomachines are of the fanless type (in English “open rotor” or “unducted fan”).
  • the pivots are mounted in an axis-symmetrical ring having a plurality of substantially cylindrical radial housings, this ring being commonly referred to as a polygonal ring.
  • a flow of air entering the turbomachine 12 is compressed and is mixed with fuel and burned in a combustion chamber, the combustion gases for rotating the rotor 5.
  • the rotor 5 then has a rotational movement about an axis
  • the retention arms are generally projecting on the part 17, 18, which is itself able to be fitted around the axis January 1.
  • the part 17, 18 is generally annular.
  • the system comprises a plurality of retention arms 19, 20 arranged in a different direction.
  • the arms are arranged at 90 ° to each other so as to form a cross in plan view ( Figure 9).
  • Mounting parts 17, 18 at the end of the axis 1 1 may be achieved by cooperation of the parts with at least one receiving groove 24 formed in the axis 1 January. This is for example a circular groove.
  • the end of the axis 1 1, intended to be inserted into the pivot 8 comprises lobes 37 projecting. These lobes 37 make it possible in particular to move the parts 17, 18 during rotation when they are placed inside the pivot 8. For this purpose, the lobes 37 are able to engage the parts. The lobes 37 also participate in the radial blocking provided by the system.
  • FIGS. 5 and 6 A particular embodiment of the parts comprising the retention arms is shown in FIGS. 5 and 6.
  • a first piece 17 comprises an annular base 30 having a circular aperture 31, of diameter slightly greater than that of the axis 1 January. This first part 17 is, in position inside the pivot 8, above a second part 18, along the radial axis of the fan.
  • the base 30 comprises at least two projecting retention arms 19.
  • the base 30 further comprises notches 36 on its upper face, for receiving the lobes 37 of the axis 1 January.
  • the base 30 includes four notches on its circular periphery.
  • the assembly of the retention system 1 comprises, in a possible implementation, a step of introducing the end of the main body and the retention arm inside the pivot 8, via the openings 25, 26 provided in the pivot 8.
  • the assembly may comprise the steps (see FIG. 1 1) consisting of:
  • the axis 1 1 is moved radially (in a direction tending to move away from the longitudinal axis of the blower), then undergoes rotation to align the arms 20 of retention of one of the parts 18 with the openings 25 of the pivot 8. This piece 18 is then removed from the pivot 8 by sliding along the axis 1 January.
  • the system is therefore removable via a simple and efficient assembly and removal process.

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Description

Système de rétention d'aubes et procédé d'assemblage
Domaine de l'invention
L'invention concerne un système de rétention pour aubes d'une soufflante. L'invention concerne également une soufflante, et une turbomachine.
Présentation de l'Art Antérieur
Certaines turbomachines sont du type à soufflante non carénée (en anglais « open rotor » ou « unducted fan »).
La soufflante d'une turbomachine de ce type comprend typiquement deux hélices externes coaxiales et contrarotatives, respectivement amont et aval, qui sont chacune entraînées en rotation et qui s'étendent sensiblement radialement à l'extérieur de la nacelle de cette turbomachine.
Chaque hélice comprend une pluralité d'aubes entraînées en rotation par un rotor autour de l'axe de la turbomachine.
Le pied de chaque aube est logé dans un pivot. Un arbre radial permet de mettre en rotation le pivot autour de l'axe de l'arbre sur lequel il est monté, afin d'induire une rotation de l'aube autour de son axe, ce qui permet de modifier son calage.
Les pivots sont quant à eux montés dans un anneau axis-symétrique présentant une pluralité de logements radiaux sensiblement cylindriques, cet anneau étant couramment dénommé anneau polygonal.
Contrairement aux turbomachines conventionnelles, les turbomachines du type à soufflante non carénée ne disposent pas de carter en périphérie des aubes. Par conséquent, si l'aube vient à se détacher de la turbomachine, l'aube risque d'endommager la turbomachine, et plus généralement, l'aéronef embarquant la turbomachine. Présentation de l'invention
L'invention propose un système de rétention pour aubes à calage variable dont les pieds sont montés sur des arbres radiaux d'un rotor d'une soufflante par l'intermédiaire de pivots, caractérisé en ce qu'il comprend un corps principal apte à être fixé sur le rotor et au moins un bras de rétention monté sur ledit corps principal et apte à s'étendre à l'intérieur d'un pivot pour s'engager sur celui-ci afin de bloquer le déplacement dudit pivot selon l'axe de l'arbre sur lequel il est monté.
Ainsi, le système de rétention permet de retenir l'aube en cas de défaillance, tout en étant compact et simple à mettre en œuvre.
Selon un mode de réalisation, le corps principal est un axe, dont une extrémité est configurée pour lui permettre d'être introduite dans un pivot, ainsi que pour recevoir une pièce qui comprend au moins un bras de rétention et coopérer avec celle-ci pour la maintenir en place sur l'axe.
Selon un mode de réalisation, le système de rétention comprend une pluralité de bras de rétention disposés selon une direction différente.
Selon un mode de réalisation, le système de rétention comprend au moins une pièce annulaire, apte être montée sur une extrémité du corps principal, et comprenant des bras de rétention en saillie.
Selon un mode de réalisation, le système comprend un anneau élastique, et le corps principal présente au moins une gorge de réception de la pièce annulaire, l'anneau étant disposé dans la gorge de sorte à retenir la pièce annulaire selon l'axe du corps principal.
Selon un mode de réalisation, l'extrémité du corps principal comprend des lobes en saillie, lesdits lobes étant aptes à s'engager sur la pièce comprenant les bras de rétention, pour sa mise en rotation autour de l'axe du corps principal.
L'invention concerne également une soufflante et une turbomachine.
La soufflante comprend pour une ou plusieurs aubes, un système de rétention tel que décrit précédemment.
Selon un aspect possible, la soufflante comprend une pluralité d'aubes à calage variable présentant chacune un pied, un rotor comprenant des arbres radiaux, les pieds des aubes étant montés sur les arbres radiaux par l'intermédiaire de pivots, et un système de rétention pour une ou plusieurs aubes. Selon un aspect possible, le corps principal du système de rétention est disposé, pour chaque aube, au moins partiellement à l'intérieur de l'arbre radial sur lequel l'aube est montée.
L'invention concerne également un procédé d'assemblage du système de rétention d'aubes, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à introduire l'extrémité du corps principal et le bras de rétention à l'intérieur du pivot via des ouvertures prévues dans le pivot, et à engager le bras de rétention sur le pivot.
L'invention offre une solution simple, compacte, et efficace pour assurer le maintien des aubes et des éléments de rétention des aubes en cas de défaillance (brisure, détachement, etc.). En outre, l'invention offre une rétention individualisée pour chaque aube, ce qui renforce l'efficacité du système. Présentation des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la Figure 1 est une représentation d'un mode de réalisation d'une portion de turbomachine selon l'invention ;
- la Figure 2 est une représentation d'un mode de réalisation d'un système de rétention d'aubes d'une soufflante, en vue de coupe ;
- les Figures 3A et 3B sont une représentation partielle d'un mode de réalisation d'un pivot destiné à venir en prise avec un pied d'aube, en vue de dessus et en vue de face ;
- la Figure 4 est une représentation d'une mode de réalisation d'un corps principal du système de rétention selon l'invention ;
- les Figures 5A, 5B, 6A et 6B représentent un mode de réalisation de pièces du système de rétention;
- la Figure 7 représente un mode de réalisation de la mise en place de la première pièce autour du corps principal; - la Figure 8 représente un mode de réalisation de la mise en place de la deuxième pièce autour du corps principal;
- les Figures 9A et 9B représentent un mode de réalisation de la mise en place du système de rétention, ainsi qu'une vue de dessus illustrant une disposition des bras de rétention en croix ;
- la Figure 10 est une représentation d'un mode de réalisation d'un système de rétention dont les bras de rétention sont montés sur un corps principal et s'étendent à l'intérieur d'un pivot;
- la Figure 1 1 est une représentation d'un mode de réalisation d'un procédé d'assemblage selon l'invention.
Description détaillée
On a représenté en Figure 1 un mode de réalisation d'une portion de turbomachine 12 selon l'invention. Les Figures 2 à 10 représentent différentes vues de modes de réalisation d'un système 1 de rétention d'aubes 2 d'une soufflante 3.
Soufflante et turbomachine La soufflante 3 comprend un rotor 5, pour la mise en rotation des aubes 2 autour d'un axe 21 longitudinal de la soufflante 3.
En Figure 1 , on a représenté une portion de turbomachine 12 comprenant une soufflante 3, dans laquelle les aubes 2 appartiennent à deux hélices contrarotatives. Il s'agit par exemple d'une turbomachine de type à soufflante non carénée (en anglais « open rotor » ou « unducted fan »).
De manière classique, un flux d'air qui pénètre dans la turbomachine 12 est comprimé puis est mélangé à du carburant et brûlé dans une chambre de combustion, les gaz de combustion permettant d'entraîner en rotation le rotor 5.
Le rotor 5 présente alors un mouvement de rotation autour d'un axe
21 longitudinal de la soufflante 3, qui est transmis aux aubes 2, pour leur mise en rotation autour de l'axe 21 longitudinal. Le rotor 5 comprend (cf. Figure 2) pour chaque aube 2, un arbre 23 radial. De manière classique, le pied de l'aube est monté sur l'arbre 23 radial par l'intermédiaire d'un pivot 8. Comme illustré en Figures 2 et 3, le pivot 8 comprend notamment une portion cylindrique 41 dans lequel un évidement 34 a été pratiqué.
La soufflante 3 comprend en outre un anneau 27 polygonal qui s'étend autour de l'axe longitudinal et qui comporte une pluralité de logements radiaux sensiblement cylindriques dans lesquels sont engagés les pivots 8. Les pivots 8 permettent donc également de maintenir les aubes dans l'anneau 27 polygonal.
En Figure 2, le rotor 5 comprend un carter 28 rotatif, dans lequel s'étend, pour chaque aube 2, l'arbre 23 radial.
Les aubes 2 sont du type à calage variable, c'est-à-dire qu'elles peuvent tourner autour de leurs axes de façon à optimiser leur position angulaire en fonction des conditions de fonctionnement de la turbomachine.
La rotation de l'arbre 23 radial entraîne une rotation du pivot 8 autour de son axe, dans son logement dans l'anneau polygonal 27, ce qui permet de produire la rotation de l'aube 2 autour de son axe (parallèle à l'axe radial de la soufflante).
L'orientation de l'arbre 23 radial autour de son propre axe permet de modifier l'inclinaison des aubes, c'est-à-dire leur angle d'incidence. On note que les aubes d'un rotor présentent toutes le même calage.
Système de rétention
Le système 1 de rétention est illustré en référence aux Figures 2 à
10.
Le système 1 de rétention comprend un corps 1 1 principal apte à être fixé sur le rotor 5 et au moins un bras 19, 20 de rétention monté sur ledit corps principal et apte à s'étendre à l'intérieur d'un pivot 8 pour s'engager sur celui-ci afin de bloquer le déplacement dudit pivot selon l'axe de l'arbre sur lequel il est monté. Le corps 1 1 principal est entraîné en rotation avec le rotor 5.
Le système 1 de rétention permet de retenir le pivot 8 de chaque aube selon l'axe radial de la soufflante, ce qui permet d'éviter que les aubes ne se libèrent et, impulsées par les forces centrifuges, ne génèrent des dommages autour de la turbomachine.
Dans un mode de réalisation, le corps 1 1 principal est un axe, dont une extrémité est configurée pour lui permettre d'être introduite à l'intérieur du pivot 8. En particulier, cette extrémité s'étend dans un évidement 34 pratiqué dans le pivot 8. L'axe 1 1 est par exemple cylindrique et s'étend selon l'axe radial de la soufflante.
Les bras 19, 20 de rétention viennent quant à eux en prise avec la paroi 35 interne du pivot 8, pour assurer le blocage radial du pivot 8.
Dans un mode de réalisation, une extrémité de l'axe 1 1 reçoit une pièce 17, 18 qui comprend au moins un bras de rétention. L'extrémité de l'axe 1 1 coopère avec la pièce 17, 18, ladite pièce étant maintenue en place sur l'axe.
Les bras de rétention sont en général en saillie sur la pièce 17,18, qui est elle-même apte être emmanchée autour de l'axe 1 1 . La pièce 17, 18 est en général annulaire.
Selon un mode de réalisation, le système comprend une pluralité de bras 19, 20 de rétention disposés selon une direction différente.
Par exemple, le système 1 de rétention comprend une première pièce 17 et une deuxième pièce 18 comprenant chacune des bras 19, 20 de rétention disposés selon une direction différente, de sorte à renforcer un blocage radial du pivot 8. Alternativement, une pluralité de ces bras de rétention est disposée sur une seule pièce 17, 18.
Selon un mode de réalisation, les pièces 17, 18 sont amovibles, aussi bien par rapport à l'axe 1 1 que par rapport au pivot 8.
Selon un mode de réalisation, chaque pièce 17, 18 comprend au moins une paire de bras 19, 20 alignés par rapport au centre de la pièce. L'insertion de l'extrémité de l'axe 1 1 et des bras de rétention 19, 20 à l'intérieur du pivot 8 se heurte au problème d'accéder à des zones qui sont difficiles d'accès.
A cet effet, on prévoit que le pivot 8 comprenne une ouverture 26 centrale, et au moins une ouverture 25 latérale, permettant l'insertion et l'extraction de l'axe 1 1 et des bras de rétention.
Ces ouvertures 25, 26 peuvent être réalisées par usinage d'un pivot 8 connu, en particulier dans sa partie inférieure, généralement cylindrique.
En général, les ouvertures 25 latérales sont disposées de manière opposée par rapport au centre du pivot 8.
Les ouvertures 25 latérales permettent de laisser passer les bras de rétention 19, 20 ainsi que les éventuels éléments en saillie du système de rétention.
Une fois insérées à l'intérieur du pivot, les pièces 17, 18 sont déplacées de sorte à rejoindre une position d'assemblage dans laquelle celles-ci sont bloquées et ne peuvent pas ressortir spontanément de la pivot 8.
Lorsque la première et la deuxième 17, 18 pièces sont positionnées à l'intérieur du pivot 8, les bras 19 de rétention de la première pièce 17 sont en général disposés selon une direction différente des bras 20 de rétention de la deuxième pièce 18, de sorte à assurer un blocage radial du pivot 8.
Dans un mode de réalisation, les bras sont disposées à 90° entre eux, de sorte à former une croix en vue de dessus (Figure 9).
Le montage des pièces 17, 18 au niveau de l'extrémité de l'axe 1 1 peut être réalisé par coopération des pièces avec au moins une gorge 24 de réception pratiquée dans l'axe 1 1 . Il s'agit par exemple d'une gorge circulaire.
Dans un mode de réalisation, le système 1 comprend un anneau élastique disposé dans ladite gorge 24, de sorte à retenir les pièces annulaires selon l'axe du corps principal. En particulier, grâce à cet anneau, il est possible de décoller les pièces 17, 18 du pivot 8 sans que celles-ci ne tombent selon l'axe 1 1 , notamment lors des étapes d'extraction.
Dans un mode de réalisation, l'extrémité de l'axe 1 1 , destinée à être insérée dans le pivot 8, comprend des lobes 37 en saillie. Ces lobes 37 permettent notamment de déplacer en rotation les pièces 17, 18 lors de leur mise en place à l'intérieur du pivot 8. A cet effet, les lobes 37 sont aptes à s'engager sur les pièces. Les lobes 37 participent également au blocage radial assuré par le système.
Dans un mode de réalisation, l'axe 1 1 traverse, pour chaque aube, l'intérieur de l'arbre radial, et se termine par une extrémité qui vient se loger dans le pivot 8.
La compacité du système 1 de rétention est donc encore améliorée, puisque celui-ci s'étend à l'intérieur de l'arbre 23 radial et du pivot 8.
Un mode de réalisation particulier des pièces comprenant les bras de rétention est représenté sur les Figures 5 et 6.
Une première 17 pièce comprend une base 30 annulaire présentant une ouverture 31 circulaire, de diamètre légèrement supérieur à celui de l'axe 1 1 . Cette première pièce 17, est, en position à l'intérieur du pivot 8, au- dessus d'une deuxième pièce 18, selon l'axe radial de la soufflante.
La base 30 comprend au moins deux bras 19 de rétention en saillie.
La base 30 comprend en outre des encoches 36 sur sa face supérieure, permettant de recevoir les lobes 37 de l'axe 1 1 . En Figure 5A, la base 30 comprend quatre encoches sur son pourtour circulaire.
La base 30 comprend des encoches 38 sur sa face inférieure (Figure
5B), qui sont destinées à coopérer par assemblage avec des plots 39 en saillie sur la face supérieure de la deuxième pièce 18.
La deuxième pièce 18 présente également une base 31 annulaire, au moins deux bras 20 de rétention en saillie, et, les plots 39 précités en saillie sur la face supérieure de la base 31 (Figures 6A et 6B).
La base 31 de la deuxième pièce 18 présente des alésages 40 pour le passage des bras 19 de rétention de la première pièce 17, lors de l'assemblage de la première pièce et de la deuxième pièce à l'intérieur du pivot.
Assemblage
L'assemblage du système 1 de rétention comprend, dans une mise en œuvre possible, une étape consistant à introduire l'extrémité du corps principal et le bras de rétention à l'intérieur du pivot 8, via les ouvertures 25, 26 prévues dans le pivot 8. En particulier, il s'agit d'aligner les lobes 37 en saillie du corps principal 1 1 et les bras de rétention avec ces ouvertures, pour permettre leur passage à l'intérieur du pivot 8.
Ainsi, grâce à la coopération de ces ouvertures avec les éléments en saillie du système de rétention, on peut accéder au volume intérieur du pivot 8, qui est d'ordinaire inaccessible, ce qui permet une compacité accrue.
Dans le cas où système 1 de rétention comprend une première et une deuxième pièces 17, 18, telles que décrites précédemment, l'assemblage peut comprendre les étapes (cf. Figure 1 1 ) consistant à :
- positionner la première 17 structure à une extrémité de l'axe 1 1 ,
- introduire (étape E1 ) l'extrémité de l'axe 1 1 et la première pièce 17 dans le pivot 8, via les ouvertures 25, 26 prévues à cet effet
(on aligne les lobes 37 de l'axe 1 1 et les bras 19 de rétention de la première pièce 17 avec ces ouvertures 25) ;
- provoquer un mouvement de rotation de la première pièce 17 dans le pivot 8 de sorte à libérer les ouvertures 25 latérales, - introduire la deuxième pièce 18 dans la pivot 8 en la faisant coulisser le long de l'axe 1 1 , par alignement des bras 20 de rétention avec les ouvertures 25 latérales.
Selon une étape E2 ultérieure, on produit une rotation relative de la première pièce 17 par rapport à la deuxième pièce 18, de sorte à disposer selon une direction différente les bras 19, 20 de rétention de la première pièce 17 et de la deuxième pièce 18 dans le pivot 8, ces bras s'engageant sur le pivot pour son blocage radial (étape E3). Cette rotation relative peut notamment être réalisée par un mouvement de rotation de l'axe 1 1 , qui entraîne en rotation les pièces, via les gorges 24, et via les lobes 37 en saillie qui viennent en prise avec l'une des pièces 17, 18.
La première et la deuxième pièces sont alors assemblées dans le pivot 8 par coopération des encoches 38 et des plots 39, comme décrit précédemment.
Le procédé de retrait du système 1 de rétention s'effectue selon des étapes inverses.
L'axe 1 1 est déplacé radialement (dans un sens tendant à l'éloigner de l'axe longitudinal de la soufflante), puis subit une rotation permettant d'aligner les bras 20 de rétention de l'une des pièces 18 avec les ouvertures 25 latérales du pivot 8. Cette pièce 18 est alors retirée du pivot 8 par coulissement le long de l'axe 1 1 .
Une rotation supplémentaire permet d'aligner les bras 19 de rétention de l'autre pièce 17 avec les ouvertures 25 latérales, ainsi que les lobes 37 de l'axe 1 1 avec les ouvertures 25 latérales. L'ensemble subit alors une translation permettant de l'extraire du pivot 8.
L'assemblage et le retrait du système peuvent être effectués manuellement et/ou via une machine automatisant ces étapes.
Le système est donc amovible via un procédé d'assemblage et de retrait simple et efficace.

Claims

Revendications
1 . Soufflante (3) comprenant un système (1 ) de rétention pour aubes (2) à calage variable dont les pieds sont montés sur des arbres radiaux (23) d'un rotor (5) de la soufflante par l'intermédiaire de pivots (8),
caractérisée en ce que le système (1 ) comprend un corps principal (1 1 ) apte à être fixé sur le rotor (5) et au moins un bras (19, 20) de rétention monté sur ledit corps principal (1 1 ) et apte à s'étendre à l'intérieur d'un pivot (8) pour s'engager sur celui-ci afin de bloquer le déplacement dudit pivot (8) selon l'axe de l'arbre (23) sur lequel il est monté.
2. Soufflante (1 ) selon la revendication 1 , dans lequel le corps principal (1 1 ) est disposé au moins partiellement à l'intérieur de l'arbre radial (23) sur lequel l'aube (2) est montée.
3. Soufflante selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant au moins un pivot (8) qui comprend une ouverture (26) centrale, et au moins une ouverture (25) latérale, pour l'insertion et l'extraction du corps (1 1 ) principal et du bras (19, 20) de rétention.
4. Soufflante (1 ) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le corps principal est un axe (1 1 ), dont une extrémité est configurée pour lui permettre d'être introduite dans le pivot (8), ainsi que pour recevoir au moins une pièce (17, 18) qui comprend au moins un bras (19, 20) de rétention et coopérer avec celle-ci pour la maintenir en place sur l'axe (1 1 ).
5. Soufflante selon l'une des revendications 1 ou 4, comprenant une pluralité de bras (19, 20) de rétention disposés selon une direction différente.
6. Soufflante selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant au moins une pièce (17, 18) annulaire, apte être montée sur une extrémité du corps (1 1 ) principal, et comprenant des bras (19, 20) de rétention en saillie.
7. Soufflante selon la revendication 6, comprenant un anneau élastique, et dans lequel le corps (1 1 ) principal présente au moins une gorge (24) de réception de la pièce (17, 18) annulaire, l'anneau étant disposé dans la gorge (24) de sorte à retenir la pièce (17, 18) annulaire selon l'axe du corps (1 1 ) principal.
8. Soufflante selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel l'extrémité (22) du corps (1 1 ) principal comprend des lobes (37) en saillie, lesdits lobes (37) étant aptes à s'engager sur la pièce (17, 18) comprenant le bras (19, 20) de rétention, pour sa mise en rotation autour de l'axe du corps (1 1 ) principal.
9. Soufflante (3) selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant une pluralité d'aubes (2) à calage variable présentant chacune un pied (4), et un rotor (5) comprenant des arbres (23) radiaux, les pieds (4) des aubes (2) étant montés sur les arbres (23) radiaux par l'intermédiaire de pivots (8).
10. Turbomachine (12) comprenant une soufflante (3) selon la revendication 9, dans laquelle les aubes (2) appartiennent à deux hélices contrarotatives.
1 1 . Procédé d'assemblage d'un système (1 ) de rétention pour aubes (2) à calage variable d'une soufflante (3) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à introduire l'extrémité du corps (1 1 ) principal et le bras (19, 20) de rétention à l'intérieur du pivot (8) via des ouvertures (25, 26) prévues dans le pivot (8), et à engager le bras (19, 20) de rétention sur le pivot (8).
12. Procédé selon la revendication 1 1 , dans lequel le système (1 ) de rétention comprend une première pièce (17) et une deuxième pièce (18) comprenant chacune des bras (19, 20) de rétention,
ledit procédé comprenant l'étape consistant à produire une rotation relative de la première pièce (17) par rapport à la deuxième pièce (18) à l'intérieur du pivot (8), de sorte à disposer selon une direction différente les bras (19, 20) de rétention de la première pièce (17) et de la deuxième pièce (18) à l'intérieur du pivot (8).
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