Serrage-hydraulique 10061 FR

5/18/2018 Serrage-hydraulique 10061 FR

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Le guide techniquedu serrage


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A Introduction4 La matrise des assemblages boulonnes

B Les mthodes traditionnelles de serrage6 Le serrage au couple

10 Le serrage par longation thermique

11 Le serrage par traction mcanique

C Le serrage par traction hydraulique12 Prsentation

14 Les avantages du serrage par traction hydraulique

15 Les dispositifs de contrle du serrage par traction hydraulique

D Analyse technique du serrage

E Comparaison entre un serrageau couple et un serrageau tendeur hydraulique

23 Le serrage dun assemblage existant

30 La conception dun assemblage nouveau

F Le serrage simultan par la traction hydraulique34 Le serrage simultan de 100% des boulons de lassemblage

36 Le serrage simultan de 50% des boulons de lassemblage

38 Le serrage simultan de 25% des boulons de lassemblage

G Conclusion40 SKF France - HYDROCAM

H SKF The Knowledge Engineering Company

Table des matires

La marque SKF acquiert une nouvelle

dimension et apporte encore plus ses

clients.

Tout en continuant simposer comme

rfrence mondiale en matire de rou-

lements haute qualit, SKF sest pro-

gressivement orient vers la fourniture

de solutions compltes, en axant ses

efforts sur les avances technologiques,le support technique et les services, afin

doffrir une plus grande valeur ajoute

ses clients.

Ces solutions sont conues pour procu-

rer au client des moyens doptimiser sa

productivit : outre des produits de

pointe adapts aux diffrentes applica-

tions, SKF propose dsormais des outils

performants de simulation et daide

la conception, des conseils, des program-

mes efficaces de maintenance des ma-

chines et les techniques les plus moder-nes de gestion des approvisionnements.

Aujourdhui, la marque SKF reprsente

bien plus quun simple gage de qualit

en matire de roulements.

SKF the knowledge engineering

company


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Bien serrer un boulon consiste utiliser aumieux ses proprits lastiques.

Un boulon qui travaille dans de bonnesconditions se comporte comme un vritableressort.

Le serrage introduit en effet une

prcharge axiale de tension. Cette tensionest bien videmment gale et oppose lacompression qui sexerce sur la structureserre, nous lappellerons : effort deserrage .

On sait que parmi les diffrentes causes dedfaillances (surcharge, dfaut de conception,dfaut de fabrication), la plus frquente estun dfaut de montage.

Le serrage, insuffisant, excessif ouhtrogne, reprsente lui seul 30%

des dfaillances.Plus particulirement, en ce qui concerneles incidents de fatigue, 45% dentreeux sont dus un dfaut de montage( diagramme 1).

Les assemblages boulonns sont sans douteles systmes de liaison les plus utiliss enmcanique.

Pour les mettre en uvre, on utilise :

dne part, des lments de visserie :

vis plus crou goujon implant plus crou goujon plus deux crous, un chaque

extrmit du goujon. Ces lments peuvent comporter des

rondelles de divers types ( fig. 1). Datre part, des moyens de serrage dont

ltude fait justement lobjet du prsentguide.

Dans la site d texte, nos tiliserons le

terme gnrique boulon qui recouvre lestrois types de visserie mentionns ci-dessus.

Malgr leur simplicit apparente, lesassemblages boulonns posent de nombreuxproblmes au concepteur, au monteur et au

charg de maintenance.Ils font encore trop souvent lobjet demthodes de calcul rudimentaires. Celaconduit leur surdimensionnement sansgarantir pour autant la scurit ncessaire.Bien au contraire

La conception et la mise en uvre dunassemblage boulonn ncessitent unemthodologie rigoureuse car des erreurspeuvent provoquer des dfaillances auxconsquences extrmement lourdes, souventtrs coteuses et parfois dramatiques.

De nombreses tdes montrent qe les

incidents rencontrs sur les assemblagesboulonns sont, dans la majorit des cas,dus aux mauvaises conditions dans lesquellesles assemblages ont t dfinis (analyse,conception, calculs, choix des composants) oumis en uvre (mthode de serrage, outillage,contrle).

Introduction

Fig. 1

Principales causes de dfaillances des assemblages boulonns en fatigue

Diagramme 1

Dfaut de montage (45%)

Dfaut de fabrication

Dfaut de conception

Dfaut de traitement thermique

Mauvaise utilisation

Mauvais choix des matriaux

Dfaut de traitement de surface

Vis plus crou Goujon implant plus crou Goujon plus deux crous


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4

M10

M12

Fig. 2

TractionCompression

tanchit Cisaillement Desserragespontan

Sollicitationsdynamiques

Introduction

Leffort de serrage est destin principalement,

selon les applications, :

assrer la rigidit d montage et li

permettre de supporter les sollicitationsextrieures de traction, compression,flexion et cisaillement

garantir et maintenir ne tanchit

viter le travail a cisaillement des bolons

rsister ax effets de desserrage spontan

rdire linflence des sollicitations

dynamiques externes sur la fatiguede la boulonnerie ( fig. 2).

Tout cela videmment, en sassurant queles pices concernes boulonnerie et picesassembles travaillent en de de leur limite

lastique.Le serrage est optimum quand le boulonnest ni trop ni trop peu serr. Cest unevidence quil nest pas inutile de rappeler !

Une dfaillance du boulon peut se produireaussi bien et mme plus souvent quandcelui-ci nest pas assez serr que lorsquil esttrop serr.

La matrise desassemblagesboulonnesIl est fondamental de matriser parfaitementle niveaux de leffort de serrage et la prcisionavec laquelle il est atteint afin dassurer lesperformances requises pour lassemblageboulonn.

Cette matrise du serrage permet, dsla conception de lassemblage, dutiliser aumieux les caractristiques mcaniques de laboulonnerie ( fig. 3). Voir le paragraphe Caractristiques mcaniques de laboulonnerie .

Dans ce Gide techniqe d serrage ainsi que dans le catalogue Tendeurs debolons HYDROCAM Systmes de serrage

industriels , les bureaux dtudes trouverontles informations thoriques et pratiques pouroptimiser la conception des assemblagesboulonns et les oprationnels les indicationspour matriser le serrage.

Fig. 3

Serrage nonmatris :assemblagesurdimensionn

Serrage matris :optimisation delassemblage


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L

dd - Dd

L + DL

F

A

0

dA

Caractristiques mcaniquesde la boulonnerie

Les boulons sont le plus souvent en acier.Lacier, comme tous les mtaux, se comportecomme un ressort (au moins dans le domainelastique), il obit la loi de Hooke.

Quand on applique un effort de tractionau boulon comme pour une prouvettede traction, on peut observer le graphiqueci-contre ( diagramme 2).

Tout mode de serrage doit sassurer que lacontrainte dans la vis ou le goujon ne dpasse

jamais le point A (limite lastiqe), mme

aprs serrage quand on applique en serviceles forces extrieures sur lassemblage( fig. 4).

Quand on parle de matriaux, il fautconsidrer les caractristiques suivantes :

E = module dlasticit longitudinaleou module dYoung :

F L FL sLE = = = S L SL L

o :F = effortS = section

L = longueur

DL= longation

qL s F w ==


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Les mthodes traditionnellesde serrage

Il existe plusieurs mthodes de serrage quisont toutes autant diffrentes dans leurprincipe que dans la qualit du serragequelles procurent.

Examinons les plus connues et les plusutilises.

Le serrage au coupleCest incontestablement la mthode deserrage la plus rpandue. Quand le diamtredes boulons ne dpasse pas 30 mm, elleprsente lavantage dune simplicit de miseen uvre.

Mais, malgr les dveloppementsthoriques et les exprimentations dontelle a fait lobjet, cette mthode prsenteintrinsquement de nombreux inconvnients.

Caractristiques du serrage au

coupleUne grande imprcision de leffort

de serrage

Le rsultat du serrage final dpend en effetdes coefficients de frottement au niveau desfilets crou/vis et au niveau du contact crou/surface.

Or, dans la pratique, il est impossible debien matriser ces paramtres.

Ainsi, por n mme cople nominal vis,

la dispersion dans la tension finale de serragedu boulon pourra se situer entre 20%

dans les meilleurs cas et 60% dans les casextrmes ( tableau 1).

Cette grande dispersion est due lacombinaison de trois phnomnes :

limprcision sr le cople de serrage

appliqu qui peut varier de 5% 50%selon loutil utilis ( tableau 2)

les dfats gomtriqes et les tats de

surface des pices assembles et de laboulonnerie

la lbrification des srfaces en contact.

Lintroduction de contraintes parasites

de torsion

La mthode de serrage au couple provoquedans le boulon, en plus de la contrainteaxiale de traction recherche, lapparitiondune contrainte de torsion parasite dontle niveau peut atteindre plus de 30% de lacontrainte de traction.

La contrainte rsultante quivalente dansle boulon (critre de Von Mises ou critre deTresca) est ainsi fortement augmente etpeut dpasser la limite lastique du matriau

alors que la valeur de la contrainte de traction elle seule reste situe dans des limitesacceptables ( fig. 5).

De pls, cette contrainte rsidelle de

torsion prsente un autre inconvnient : ellepeut faciliter le desserrage intempestif enfonctionnement.

Datre part, le cople tant le pls

souvent appliqu de manire asymtrique,il y a mme de la flexion. Son faible nivea

permet souvent de la ngliger, mais, dans lescas limites, i l convient den tenir compte.

Prcision de leffort de serrage en fonction du moyen utilis pour appliquer le couple

Tableau 1

Moyen de serrage Prcision sur la prcharge g

Cl dynamomtrique 20% 1,5

Visseuse rotative avec talonnage priodique sur le montage(mesure dallongement de la vis ou mesure la cldynamomtrique du couple de serrage)

20% 1,5

Cl chocs avec adaptation de rigidit et talonnage calibrationpriodique sur le montage (au moins aux mesures

la cl dynamomtrique du couple de serrage par lot)

40% 2,5

Cl main 60% 4

Cl chocs sans talonnage 60% 4

F0 maxig== coefficient dincertitude de serrage. F0 mini

(Sorce : extrait de la norme NF E 25-030 reprodit avec latorisation de lAFNOR.)


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Dispersion du couple de serrage en usage industriel

(Sorce : extrait de la norme NF E 25-030 reprodit avec latorisation de lAFNOR.)

Tableau 2

Classe de prcisiondu couple de serrage

MatrielManuel portatif

Motoris portatif Motoris fixe

Utilisation

D 20% 50% Cls chocs simples 50 Nm

Visseuses crabots 50 Nm

C 10% 20% Visseuses simples calagepneumatique

10 Nm

Visseuses simples calage lectrique 10 Nm

Cls chocs nergie emmagasine(barre de torsion ou autre procd)

10 Nm

Cls renvoi dangle calage 20 Nm

Cls dynamomtriques dclenchement simple(voir E 74-325)

400 Nm

Moteurs pneumatiques simples Sans limitation

B 5% 10% Visseuses hydrauliques

Cls dynamomtriques dclenchement rarmementautomatique

800 Nm

Cls dynamomtriques lecture directe cadran

2 000 Nm

Cls renvoi dangle dclenchement

80 Nm

Moteurs pneumatiques contrle

de couple

Sans limitation

Moteurs pulsations Sans limitation

A< 5% Visseuses lectriques Sans limitation

Cls dynamomtriqueslectroniques

400 Nm

Moteurs deux vitesses Sans limitation

Moteurs asservis lectroniquement Sans limitation


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8

seq

A B x

x

A B x

Mt

N

A B

Tth

F0

rssfs

sc

Fig. 5

Une dtrioration des tats de surface

Le frottement des pices sous des efforts

importants provoque des dtriorations dessurfaces en contact : filets vis/crou et facescrou/structure serre.

Lors dun prochain serrage, cettedtrioration des surfaces, entranera uneaugmentation des forces de frottement et,de ce fait, une plus grande imprcision surla tension, finale de serrage ( fig. 6).

Des difficults de desserrage

Il est souvent beaucoup plus difficile dedesserrer un boulon serr au couple quede le serrer. La dgradation des surfaces

dj voque et les problmes de corrosionimposent souvent la mise en uvre duncouple de desserrage trs lev qui peutparfois provoquer des dtriorations delassemblage.

Les boulons de grandes dimensions posent

dautres problmes

Quand le couple de serrage dpasse1 000 Nm, il est ncessaire davoir recors des cls chocs, des multiplicateurs decouple mcaniques ou des cls hydrauliques( figs. 7et 8).

Ces moyens de serrage permettentdexercer le couple de serrage requis. Mais lepremier, en particulier, altre notablementla prcision. Sel le troisime pet apporter

une certaine amlioration de la prcision.Cela, condition de procder avec prcautionet dtiliser n otil de qalit. De pls,

quand il nest pas possible de disposer dune

surlongueur du boulon au-dessus de lcrouou bien quand le rapport longueur boulonsur diamtre est trs rduit ( 1,5), une clhydraulique de qualit prsente un certainintrt.

Dtrioration des tats de surfaceLe serrage au couple entrane une dtrioration dessurfaces des lments de lassemblage.Les montages et dmontages successifs accentuentce phnomne.

Fig. 6

Les mthodes traditionnelles de serrage

Le serrage au couple soumet le boulon unecontrainte de torsion parasite

Contrainte quivalente seq=PJJJs2+ 3t2Contrainte de traction s=

F0AS

Contrainte de torsion t=16 Tthpd3eq

avec : deq=d2+ d3

2 AS=

pd2eq4

Tth= couple rsistant au niveau des filetsF0= tension de serrage dans le boulon


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Fig. 7 Les dispositifs de contrle du serrage au

couple

Il est toujours possible de rduire ladispersion sur leffort de tension deserrage. Le niveau de prcision dpendrade la mthode de contrle utilise et desprcautions de mise en uvre.

Mais, quel que soit le moyen de contrleutilis, il faut garder en mmoire quavec leserrage au couple la contrainte quivalenterestera toujours leve cause de lacontrainte de torsion parasite .

Le contrle du couple

Cest le contrle le plus simple. Mais nousavons vu que, mme quand la prcisionde mesure du couple est bonne, il demeureune grande incertitude sur la tension finalede serrage du boulon.

Le serrage langle

Cette mthode comprend deux temps :on applique dabord lcrou du boulonun couple lgrement infrieur au couplenominal thorique et on lui impose ensuiteun angle de rotation prcis.

La dispersion sur leffort de tension estainsi un peu diminue, mais lincertitudereste importante et on risque mmedaugmenter sensiblement la contraintede torsion parasite .

Le contrle dlongationLamlioration au niveau de la prcision estplus sensible si on procde des contrles dellongation du goujon.

Plusieurs techniques peuvent ainsi treutilises :

Mthode de la pige molette

Une pige visse dans le milieu du goujon estpourvue dans sa partie suprieure dunemolette de contrle d serrage. Ds qe

llongation du boulon correspondant au jeuinitial entre la tte de pige et la molette est

atteinte, la molette est bloque en rotation etdonne loprateur lindication que le serrageest ralis.

Cette mthode prsente quelquesinconvnients :

il y a n srcot case des pices

complmentaires et du perage du boulonen son milieu

le bolon est affaibli

n talonnage pralable est ncessaire

Le serrage simultan est rarement

possible

Avec la mthode d serrage a cople,

il nest en gnral pas possible de procderau serrage simultan de plusieurs, et encoremoins de la totalit, des boulons dunassemblage.

Quand on utilise des cls hydrauliques,on peut thoriquement procder au serragede plusieurs boulons en mme temps, mais

le nombre reste limit pour des raisonsdencombrement et de complexit de mise enuvre.

Les problmes dimprcision dj voqusne sont pas pour autant limins.

Multiplicateur de couple

Cl hydraulique

Fig. 8

la prcision reste alatoire, en particlier

cause de la trs grande sensibilit auxtolrances de ralisation.

Mesure par comparateur ou capteur

dlongation inductif LVDT

Le boulon est perc en son milieu sur toute

sa longueur pour recevoir une pige demesure. Cest la variation de distance entre lesommet de la pige et celui du boulon qui estmesure.

Cette mthode est plus prcise que laprcdente, mais elle prsente le mme typedinconvnients :

il y a n srcot case des pices

complmentaires et du perage du boulonen son milieu

le bolon est affaibli

n talonnage pralable est ncessaire.

Mthode des ultrasons (US)

Elle consiste mesurer le temps de trajetaller/retour dune onde ultrasonore le long delaxe longitudinal du boulon.

Le boulon nest pas perc mais il doit trede grande qualit et un talonnage pralabletrs prcis est ncessaire.

La mise en uvre ncessite un personnelqualifi.

Des progrs constants rendent cette

mthode de plus en plus intressante,

en particulier pour la visserie de petitedimension (diamtre infrieur 20 mm).

Mthode des jauges de contrainte

Les jauges de contrainte sont gnralementcolles sur le corps du boulon et connectes un pont de Weston . La variation du signalmesur correspond la variation dlongation

du boulon pralablement talonn.Il sagit l dune mthode de laboratoire

quil est exclu dutiliser dans le cas dunserrage industriel.

En conclusion, on peut dire que les dispositifsde contrle comments ci-dessus sontdautant plus coteux quils donnent unemeilleure prcision, et leur mise en uvrepeut tre longue et ncessiter du personnelspcialis.

De pls, cest en gnral la variation

dlongation du goujon qui est mesureet non pas directement leffort de serrage delassemblage.


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La rondelle de mesure

Elle prsente un avantage diffrentiel majeurpar rapport aux autres dispositifs de contrlepuisquelle mesure directement leffort deserrage.

La rondelle de mesure ( fig. 9) estune rondelle instrumente qui se place

sous lcrou de serrage. Il est vivementrecommand dinterposer entre celle-ciet lcrou une rondelle classique pourviter sa dtrioration par les frottementsimportants au serrage et au desserage.Elle agit comme un capteur de force.

La prcision est bonne et la mise en uvreest aise.

Pour le serrage au couple, tant donnque les forces de frottement varient dans desproportions importantes, si on recherche unebonne prcision dans le serrage final, il estindispensable de munir chaque boulon delassemblage de cette rondelle de mesure.

De pls, cette mthode permet facilement

de mesurer et denregistrer, priodiquementou en permanence, leffort de tension dans leboulon, que lassemblage soit au repos ou enservice.

Comment passer du serrage aucouple au serrage par tendeurhydraulique

La pratique du serrage au tendeurhydraulique ncessite la connaissance deleffort rsiduel (F0) ncessaire dans le

boulon. Or, lors dun serrage au couple, seulle couple est prconis, il est gnralementdonn en newton-mtre (Nm). La formle

thorique suivante permet de connatre, enpremire approximation, la force de tensionrsiduelle (F0) dans le boulon lorsquuncouple de serrage est appliqu. Cette formuleest tablie en considrant les frottements desfilets et ceux de la face dappui de lcrou.

TF0= 0,16 p + 10,582 d2+ 2rm

o:F0= effort rsiduel (prcharge)T = couple de serragep = pas du filetagem1= coefficient de frottement des filets

boulon/croum2= coefficient de frottement face crou/face

dappuid2= diamtre moyen du boulonrm= rayon moyen de la face dappui de

lcrou.

Le Chapitre E Comparaison entre unserrage au couple et un serrage au tendeurhydraulique donne une illustration pratiquede lapplication de cette formule.

Rondelle de mesure

Fig. 9

Le serrage parlongation thermiqueCette mthode consiste chauffer le boulon laide dune canne chauffante et provoquerainsi son allongement par dilatation

thermique. Il suffit ensuite daccoster lcroude serrage sans effort de couple particulier.

Bien que cette mthode autorisethoriquement le serrage simultan,elle prsente elle aussi de nombreuxinconvnients :

dabord, les bolons doivent tre percs

au centre sur toute la longueur pourpermettre la mise en place de la cannechauffante.

Ensite, la mise en vre ncessite

des moyens de chauffage, de contrlede temprature et de manipulation quipeuvent tre importants, surtout pour leserrage simultan.

Enfin, lopration est longe pisqe ce

nest quaprs refroidissement que lon peutconnatre la valeur de la tension rsiduelledans le boulon ( condition davoir prvu lesmoyens pour la mesurer).

Le cycle consiste donc : chauffer, accosterlcrou, attendre le refroidissementuniforme de lassemblage et mesurer. Il est

systmatiquement ncessaire dajuster leniveau de serrage en reproduisant ce cycleplusieurs fois.

Bien souvent la temprature atteindrepour obtenir llongation voulue esttrop leve et risquerait dentraner unemodification des caractristiques mcaniquesde la matire. Par consquent, llongationthermique ntant pas suffisante, il faut luisuperposer un serrage au couple, contrlpar mesure de langle impos lcrou.

Le serrage par longation thermiqueest en fait assez peu utilis. Les quelques

applications connues concernent les boulonsde grande dimension (diamtre suprieur 100 mm).

Les mthodes traditionnelles de serrage


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Le serrage par tractionmcaniqueCest une mthode qui permet dexercerdirectement sur le boulon un effort detension ( fig. 10).

En gnral, le corps de l crou est munidune srie de vis de pousse implanteautour du filetage intrieur. Ces vis quisappuient soit directement sur la face delorgane serrer, soit sur une rondelle

intermdiaire sont visses au fur et mesurepar de nombreuses passes avec un couple devissage rduit. Elles assurent ainsi la mise entension du boulon.

La mesure de la tension est le plus souventralise par un des moyens de contrledlongation dj cits.

Bien que cette mthode prsentelavantage dliminer la contrainte de torsiondans le boulon, elle a aussi de nombreuxinconvnients :

le serrage simltan nest pas

raisonnablement possible, seul un serrageprogressif et laborieux dun boulon lautre

est envisageable. Il sagit dun serragepseudo-simultan.

Il est indispensable de prvoir n moyen de

mesure complmentaire tel que la mesuredlongation ou la mise en place dunerondelle de mesure deffort.

Ensite, le prix des cros est pls lev

puisquils sont en gnral de dimensionsimportantes et doivent tre munis de

lensemble des vis de pression. Enfin, lopration est longe tant donnque le serrage de chaque vis est en gnraeffectu la main en plusieurs passes.

Le serrage par traction mcanique est doncassez peu utilis.

Comment passer du serragepar longation thermiqueau serrage par tendeurhydrauliqueLa pratique du serrage au tendeurhydraulique ncessite, nous lavons vu, la

connaissance de leffort rsiduel ncessairedans le boulon. Or les donnes techniquesconnues pour raliser le serrage par cannechauffante sont gnralement : llvationde temprature (Dt) et langle de rotation qeffectuer sur lcrou lorsque la tempratureest atteinte. Llongation thermique dpenddu coefficient de dilatation (a) du matriau,et llongation provenant du serrage aucouple est une fonction directe de la rotationde lcrou et du pas. La formule thoriquesuivante permet de connatre, en premireapproximation, la force de tension rsiduelle(F0) dans le boulon lorsque cette techniqueest employe.

qpSEF0= a SEt + l

o:q = angle de rotation de lcrouDt = lvation de tempraturea = coefficient de dilatation thermique

du matriau du boulon

p = pas de filetageS = section d bolonl = longueur serre du boulonE = module dlasticit (module dYoung)

du matriau du boulon.

Le serrage par traction mcanique

Fig. 10


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Le serrage par traction hydraulique

PrsentationCest la mthode de serrage mise en uvre laide des tenders hydraliqes SKF

HYDROCAM ( fig. 11).Le boulon serrer, qui doit tre pourvu

dune surlongueur au niveau de lcrou, estmis sous tension froid laide dun vrinhydraulique annulaire qui exerce sur celui-ciuniquement un effort de traction. Lcrou deserrage libr de toute contrainte est accostpratiquement sans effort de serrage et, enconsquence, il ne transmet aucun couple auboulon.

Lorsque la pression dans le vrin estrelche, leffort hydraulique du vrin est engrande partie transfr sur lcrou accost ;le serrage est effectu ( fig. 12).

Afin dagmenter la prcision d serrage,

il est recommand de procder un doubleaccostage.

En effet, la premire opration daccostage

permet de compenser les jeux, les aspritset dtablir un quilibre des efforts au seinde lassemblage. La deuxime oprationdaccostage permet essentiellement dobtenirla prcision souhaite sur la force rsiduellede tension du boulon.

Ce double accostage consiste simplement rpter les phases 3, 4 et 5 schmatises( fig. 12).

Cest cette mthode, utilise dans les rglesde lart, qui permet le mieux datteindre lescritres de qualit dun bon serrage listsdans lintroduction.

Tendeur hydraulique SKF HYDROCAM

Fig. 11


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13

1 2 3

4 5 6

Comment fonctionne un tendeur hydraulique HYDROCAM1 La cl daccostage est place autour de lcrou, et le tendeur hydraulique vient coiffer le boulon.2 Le tirant est viss sur lextrmit dpassante du boulon.3 Aprs raccordement hydraulique, le tendeur hydraulique, grce la mise en pression, dveloppe sur le boulon leffort de traction requis.4 Pendant que la pression est maintenue, lcrou est accost sans effort laide de la cl et de la broche.5 Puis la pression est relche et le piston est repouss. Leffort de serrage est alors exerc par la tension du boulon.6 Le tendeur et la cl peuvent tre retirs.

Fig. 12


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14

A B x

N

FH

A B x

N

F0

Les avantages duserrage par tractionhydrauliquePas de contrainte de torsion

Le serrage par traction hydrauliquenintroduit aucune contrainte de torsion oude flexion parasite dans la boulonnerie( fig. 13).

Grande prcisionIl est prcis puisque le paramtre le plusimportant qui est la force de traction estrigoureusement contrl par l intermdiairede la pression hydraulique dalimentationdu vrin. La force nest pas tributaire desdiffrents coefficients de frottement aunivea de lassemblage. Sel le cople mis en

uvre pour laccostage peut introduire uneincertitude mais, dune part, son influenceest du second ordre par le principe mmeet, dautre part, grce des prcautionslmentaires lies aux rgles de lart, il estpossible dobtenir une certaine homognitdans lopration daccostage.

Enfin, il faut tenir compte du rapportFh/F0(effort hydraulique/effort rsiduel aprsrelchement de la pression) qui sera explicitpar la suite ( page 21). La connaissance

de ce rapport est importante, des moyensexistent pour lobtenir avec prcision pourchaque assemblage.

Mise en uvre facileSa mise en vre est aise et rapide et

aucun effort musculaire nest ncessairemme pour les boulons de trs grosdiamtre. Les risques lis lopration et lapnibilit du travail sont aussi trs fortementrduits.

Large gamme de diamtresIl sapplique une trs large gamme dediamtres de vis ou de goujons : de 5 500 mm !

Diversit des matriauxDes bolons en INOX, titane, matriax

composites peuvent tre trs facilementserrs au tendeur hydraulique.

Fig. 13

Aucune dtrioration des picesAvec le serrage par tendeur hydraulique, lintgritde tous les lments de lassemblage est prserve.Cette intgrit est maintenue, quel que soit lenombre de montages et dmontages.

Fig. 14


Pendant le serrageFH= effort hydraulique de tension sH= contrainte de traction due leffort hydraulique FH

Aprs le serrageF0= tension finale de serrage dans le boulon s0= contrainte de traction finale aprs accostage et relchement de la pression

Aucune dtrioration despicesIl prserve lintgrit de tous les lmentsde lassemblage, puisque les contraintesinternes sont matrises et quil ny a pas

de frottement de surface sous forte pressionde contact ( fig. 14).

Opration de desserrage aiseLe desserrage est extrmement facile effectuer, leffort hydraulique ncessaireest en gnral peine plus de 1% suprieur leffort hydraulique initial de serrage.

Serrage simultan possibleLa mthode de serrage par tendeurHYDROCAM permet n serrage simltan

de plusieurs ou de la totalit des boulonsde lassemblage.


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Cela apporte :

ne homognit de serrage de lensemble

des boulons de lassemblage ne mise en vre simple

ne dre dintervention rdite (voir

chapitre F Le serrage simultan par

traction hydraulique ).

Automatisation possibleLes oprations de serrage et de desserragepeuvent tre totalement automatises pourpermettre :

ne optimisation de la simltanit des

oprations ne pls grande prcision de serrage

ne pls grande homognit d serrage

ne dre dopration encore pls rdite

n allgement des conditions de travail

des oprateurs dans le cas daccessibilitdifficile

n pilotage distance :le personnel peut piloter toutes lessquences de serrage ou de desserragedepuis une zone scurise. Pour la plusgrande partie des oprations, le personnelest ainsi loign des risques lis lenvironnement tels que rayonnementsionisants, fortes pressions, fortestempratures, bruit important, risques de

rupture de pices avoisinantes

Mesure du dplacement de la tte du boulon laide dun comparateur

Mesure de llongation du boulon laidedun capteur inductif LVDT

Mesure de llongation du boulon laidedun capteur ultrasons

Les dispositifs decontrle du serrage partraction hydrauliqueLe serrage hydraulique se prte lutilisationde diffrentes mthodes de contrle, selon le

niveau de prcision requis par lassemblage.

Contrle de la pressionhydrauliqueUn contrle prcis de la pression miseen uvre pour assurer leffort de tensionpermet, condition davoir dterminle rapport Fh/F0, dobtenir un niveau deprcision du serrage final de lordre de 8 10% bien souvent acceptable.

Mthode de la remonteen pression Aprs avoir ralis n premier serrage par

monte en pression, accostage de lcrouet relchement de la pression, on procde une nouvelle mise en pression du vrin

de traction tout en relevant lvolution dela pression en fonction du dplacement dusommet d bolon. Grce a changement

de pente de la courbe, il est ainsi possiblede trouver la valeur du serrage rsiduel( fig. 15).

Cette mthode permet damliorer laconnaissance de leffort rsiduel.

Le niveau de prcision du serrage finalpeut tre de lordre de 5 8%.

Mesure dlongationCette mesure peut tre ralise laide dunedes mthodes dj dcrites : comparateur,capter dlongation indctif LVDT

( fig. 16) ou ultrasons ( fig. 17).Dans le cas de ltilisation de capters

prcis et avec une goujonnerie de prcisionet convenablement talonne, le niveau deprcision peut tre trs bon : de 1 5%.

Bien entendu, le cot est dautant pluslev que la prcision, vise est grande.

Fig. 15 Fig. 17Fig. 16


16/48

16

F

F

Fa

Fa

104 25 000 55 000 105 400 000 106

Fa (103daN)

3,1

3,0

2,9

2,8

2,7

2,62,5

2,4

2,3

2,2

2,1

2,0

La rondelle de mesureLa mthode, dj dcrite prcdemmentpour le cas du serrage au couple, sadapteparfaitement lutilisation du tendeur etpermet un contrle direct trs prcis deleffort de tension rsiduel du boulon.

Cette rondelle est particulirement utile

quand on veut faire du contrle priodique oucontinu.

Contrairement au serrage au couple,mme quand une grande prcision deserrage est requise, compte tenu de lareproductibilit du serrage par tractionhydraulique, il nest pas ncessaire dquipertous les boulons dun mme montage de

rondelle de mesure. Une sur 2, sur 3, sur 4,sur 8 selon le montage et les exigences,peut suffire.

La prcision sur leffort rsiduel est engnral de lordre de 5%.

Elle peut tre rduite 2%, pour despices de grande qualit et des assemblages

de prcision.De pls, il est intile dinterposer entre la

rondelle de mesure et lcrou une rondelle classique puisquil ny a pas de frottementde surface.

La mthode de serrage par tractionhydraulique permet donc de situer avecprcision le niveau de la contrainte de

Influence du taux de serrage dun boulon sur sa tenue en dynamique

Diagramme 3


serrage par rapport la limite lastiquedu matriau.

Et si le boulon est assez long, on peut ainsisapprocher de cette limite en toute scuritsans risquer de la dpasser.

Cela est trs important pour la qualit de

lassemblage puisque, contrairement auxides reues, les tudes montrent que plus lacontrainte de serrage dun boulon est prochede la limite lastique :

meillere est la tene de lassemblage

pls grande est la dre de vie d bolon

sous efforts cycliques ( diagramme 3).

La matrise des contraintes dans le boulonpermet ds la conception doptimiser le choixdes matriaux et le dimensionnement.

Par rapport aux mthodes traditionnellesutilisant un couple de serrage, avec letendeur hydraulique il est possible de rduireles dimensions de lassemblageet/ou le nombre des vis ou goujons.

Il en dcoule trois avantages majeurs :

ne rdction des encombrements

ne rdction d poids

ne rdction des cots.

(Sorce : docment CETIM Assemblages visss conception et montage . Reprodit avec latorisation d CETIM.)

Fmaxi

Fmini

Fm

0Temps1 cycle

Nombre de cycles, Nprcharge gale 0,6 limite lastique (Re)

0,7 Re0,8 Re


17/48

17

200d0

F

a

d0

F

a

a

0

dB

D1

F0A

Analyse techniqe d serrage

Quand nous effectuons un serrage avec toutemthode, par exemple sur lassemblagede la fig. 18, nous ralisons en fait unetraction dans le boulon relativement trslastique et une compression des pices destructure relativement trs rigides .

On voit ainsi ( diagramme 4) que lapente de la droite D1correspondant auboulon est faible et ( diagramme 5) quela pente de la droite D

2correspondant la

structure est forte.Les droites D1et D2peuvent tre traces

sur un mme graphique ( diagramme 6)

Courbe dallongement du boulonExemple dassemblage boulonn

Fig. 18 Diagramme 4

Langle adpend de la nature dumatriau du boulon et du rapport L/d(diagramme 14)

F0= prcharge de serragedB= allongement du boulon sous F0

sur lequel la prcharge de serrage F0correspond lintersection des deux droites.

Leffort de tension dans le boulon est biensr gal en valeur absolue et oppos en signe leffort de compression sur la structure( fig. 19).

Lallongement du boulon, ou tensiondu boulon, est dBet la compression de lastructure est dS.

Leffort extrieur FEsur lassemblage peuttre un effort de traction ou de compression.

Ds qe lon appliqe n effort extrier

FEde traction sur lassemblage, on vientaugmenter la tension du boulon non pasde FEmais seulement de F1puisque la forcede compression de la structure diminue deF2, on a ( fig. 20) :

FE= F1+ F2

On voit sur les graphiques que ce nest pasla totalit de leffort extrieur qui sexercesur le boulon, mais une partie, seulement( diagrammes 7et 8).

Fonctionde la raideurdu boulon

Effort, F (traction sur boulon)

Boulon trs lastique

Dformation, d

Boulon trs raideBoulonM20 2,5


18/48

18

F0

F0

F0F1

F2

FE

F0

+ F1

F0+ F1

F0+ F1

F0- F2

F0

FE

FE

D2

F0A

b

0dS

dB

D1

F0 A

D2

dS0

a b

Courbe de compression de la structure

Diagramme 5 Diagramme 6

Fig. 19

Assemblage serr la prcharge F0

Graphique de serrage dun assemblage boulonn

Assemblage serr la prcharge F0et subissant un effort de traction extrieur FE

Fig. 20

F1= augmentation de la tension du boulonF2= diminution de la force de compression

sur la structureFE= F1+ F2= effort extrieur de traction

appliqu sur lassemblageF0+ F1= effort de traction sur le boulonF0 F2 = effort de compression entre les

pices assembles

F0= prcharge de serragedS= compression de la structure sous F0

F0= prcharge de serrage

dB= tension du boulondS= compression de la structure

Analyse technique du serrage

Dformation, d

Effort, F

Dformation, d

Effort, F (compression sur la structure)

Fonctionde la raideurde la structure

Boulon StructureBoulon Structure

Prcharge

(Tension

)

Prcharge

(Compression

)


19/48

19

F1

F2

FE

F3

dB

D1

F0A

C

B

D2

dS0

a b

F0+ F1

F0- F2

F1F0

0

F0+ F1

D1

F0 A

C

B

D2

0

a b

F0+ F2

F0- F1

dB dS

F1

F2FE

Lapplication dun effort extrieur decompression FEsur lassemblage provoqueune rduction de la tension du boulonet une augmentation de la dformationen compression de la structure; dans cecas, le diagramme 7est remplac par lediagramme 9.

La valeur de leffort F1peut tre calculeen fonction de la raider d bolon RBet dela raider de la strctre RS, on a ainsi :

F1= FERB7(RB+ RS)

Si leffort de serrage est insffisant par

rapport leffort extrieur, il y a perte deserrage entre les pices ( diagrammes 10et 11).

Datre part, en cas dn effort extrier

cyclique, on remarque sur les diagrammes12et 13que leffort altern rellementsupport par le boulon est trs rduit, oron sait quen matire de fatigue la valeurde la composante alterne de leffort subipar une pice a une trs grande importance( diagramme 3).

Graphique montrant linfluence dun effort extrieur de compression FEsurun assemblage boulonn avec une prcharge de F0

Graphique montrant linfluence dun effort extrieur de traction FEsur un assemblage boulonn avecune prcharge de F0

Diagramme 7

Diagramme 8

Relation entre leffort total exerc sur le boulon et leffort extrieur appliqu lassemblage

Diagramme 9

F0= prcharge de serrageFE= effort extrieur de traction appliqu lassemblage

F0+ F1= effort de traction sur le boulonF0 F2 = effort de compression entre les pices assembles

F0= prcharge de serrageFE= effort extrieur de compression appliqu lassemblageF0 F1 = effort de traction sur le boulonF0+ F2= effort de compression sur la structure

F0= prcharge de serrageF0+ F1= effort de traction sur le boulonFE= effort extrieur de traction appliqu lassemblageFE maxi= effort extrieur maximal admissible avant

dcollement des pices assemblesDFE= part de leffort extrieur sexerant sur le boulonRS= raideur de la structureRB= raideur du boulon

Dformation, d

Effort, FEffort sur le boulon, F

Fext

Contact entre pices Jeu entre pices,perte de serrage

FE maxi

FE maxi

Dformation, d

Effort, F

FE=

RBRB+ RS

FE= F1

FE


20/48

20

dB

D1

F0A

D2

h0

a b

FE

F1

F2

FE

FE

F0

0

h

dB

D1

F0A

C

B

D2

dS0

a b

F0+ F1F1

F2

FE

F3

F1

F0

0

F0+ F1

Effort de serrage insuffisant par rapport leffort extrieurIl y a perte de serrage entre les pices.


Diagramme de leffort sur le boulon dans le cas dun effort extrieur cyclique

Cas de leffort cycliqueRelation entre leffort total exerc sur le boulon et leffort de traction extrieurappliqu lassemblage.

Analyse technique du serrage

F0= prcharge de serrageFE= effort de traction sur le boulonh = jeu entre pices, perte de serrage

F0= prcharge de serrage

FE= effort de traction sur le boulonh = jeu entre pices, perte de serrage

F0= prcharge de serrageF0+ F1= effort de traction sur le boulon

F0= prcharge de serrageF0+ F1= effort de traction sur le boulon


Dformation,d

Effort, F Effort sur le boulon, F

FE maxi FextFE

Dformation, d

Effort, F

Effort sur le boulon, F

FextFE

Contact entre pices

FE=

RBRB+ RS

FE= F1

Effort appliqu sur le boulon quand leffort extrieur de traction est tropimportant par rapport au serrage


21/48

21

L/d

Fh/F0

1,8

1,7

1,6

1,5

1,4

1,3

1,2

1,1

1,01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

d

L

volution du rapport Fh/F0en fonction du rapport L/dpour les aciers couramment utilissen boulonnerie

Diagramme 14

Rapport L/d, rapport F1/F0pour le serrage hydraulique

On peut ainsi remarquer que plus la raideurdu boulon est faible par rapport celle de lastructure plus la part deffort extrieur prisepar le boulon est faible.

Il y a donc toujours intrt utiliserdes boulons dont le rapport longueur surdiamtre (L/d) est grand, puisque la raideurdans ce cas est plus faible.

Ce rapport (L/d) est dailleurs aussi leparamtre principal dont dpend le rapportentre leffort rsiduel final de serrage F0etleffort hydraulique Fh mettre en uvrepour lobtenir ( diagramme 14).

On voit que plus le rapport L/d est grandplus le rapport Fh/F0est rduit, l intrtdavoir un rapport L/d grand est donc double.

Dans le cas o le rapport L/d est trs

rduit (< 1,5), leffort hydraulique mettreen jeu pour obtenir le serrage final peut

F0= effort rsiduel de serrageFh= effort hydraulique

limite suprieure = filetage pas gros limite infrieure = filetage pas fins

atteindre une valeur trs leve par rapport la limite lastique du matriau. Lutilisationdune cl couple de trs bonne qualitpeut ventuellement constituer une solutionacceptable.

Cependant, dans ce cas, le choix entre lesdeux modes de serrage dpendra aussi des

autres paramtres lis lapplication et enparticulier la prcision et lhomognit deserrage requises, laccessibilit, la ncessitdoprer un serrage simultan,


22/48

22

Notes


23/48

23

d(M P)d2d2deqdeqd3d3

p

Comparaison entre un serrageau couple et un serrage au tendeur

hydraulique

La comparaison sera faite dans deux cas :serrage dun assemblage existant etconception dun nouvel assemblage,compte tenu du mode de serrage prvu.

Le serrage dunassemblage existantPrenons pour cette comparaison lexemple duserrage de deux brides de diamtre extrieur600 mm, assembles par 16 boulonsM20 2,5 rpartis sur un diamtre de500 mm ( fig. 18).

Pour chaque boulon, la longueur serre estdenviron 200 mm, soit un rapport longueursur diamtre L/d = 10, trs courant en

mcanique.Le filetage de pas 2,5 des boulons estconforme a standard ISO et le matria est

de classe 10-9.

Dimensions du filetage M20 2,5 ISO

Lavantage du choix dune telle dimensionde boulon pour la comparaison est que leserrage au couple par une cl dynamomtriquemanuelle peut tre mis en uvre sans tropde difficlt (cople < 700 Nm).

Bien entendu, le serrage au tendeurhydraulique est ralis encore plusfacilement.

La fig. 21donne les dimensions du filetageM20 2,5 ISO :

d = 20 mmd2 = 18,376 mmd3 = 16,933 mmdeg= 17,655 mmAS = 244,5 mm2.

Pour les calculs, la vis est assimile unetige pleine de diamtre quivalent deget desection AS.

On sait galement que le matriaudun boulon de classe 10-9 prsente lescaractristiques principales suivantes :

rsistance la traction :Rm 1 000 MPa

limite dlasticit 0,2% :Re (0,2%) 900 MPa.

On se fixe pour impratif de ne pas avoir decontrainte dans le boulon qui soit suprieure 90% de la limite lastique 0,2% dumatriau soit :

smaxi= 0,9 Re= 810 MPa

Leffort maximal admissible sur notre boulon

sera ainsi :

Fmaxi= 0,9 ReAS

soit : Fmaxi= 198 000 N

Fig. 21

d = diamtre extrieur de la visd2 = diamtre moyen = d 0,6495 pd3 = diamtre fond de filets = d1,2268 p

deq= diamtre quivalent =d2+ d3

2 =

= d 0,9382 p

p = pas

AS = section quivalente =pd2eq

4

Ecrou Vis


24/48

24

D

U

AH1

YZ

D1

D2

X

H

HTA

Comparaison entre un serrage au couple et un serrage au tendeur hydraulique

Le polyvalentLes dimensions dencombrement de cetendeur, ainsi que leffort dvelopp,favorisent son utilisation dans denombreuses applications.

Exemple de dsignation :

Tender complet por n bolon M48 :HTA 90 M48 5

Tirant M48 5 d tender HTA 90 :HTA 90T M48 5

HTA .. T ..

HTA .. C

HTA .. J

en option

40 maxi

Cette page est extraite d cataloge SKF Tenders deboulons HYDROCAM Systmes de serrage indstriels

qui prsente la gamme complte des tendeursHYDROCAMet leurs applications industrielles.

Dsignation Dimensionsdes boulons

Diamtre Pas

Pressiomaxi.

mm mm MPa

HTA 20 M20 2,5 M20 2,5 150HTA 20 M22 2,5 M22 2,5 150HTA 20 M24 3 M24 3 150HTA 20 M27 3 M27 3 150

HTA 35 M27 3 M27 3 150HTA 35 M30 3,5 M30 3,5 150HTA 35 M33 3,5 M33 3,5 150HTA 35 M36 4 M36 4 150

HTA 50 M36 4 M36 4 150HTA 50 M39 4 M39 4 150HTA 50 M42 4,5 M42 4,5 150HTA 50 M45 4,5 M45 4,5 150

HTA 60 M42 4,5 M42 4,5 150HTA 60 M45 4,5 M45 4,5 150HTA 60 M48 5 M48 5 150HTA 60 M52 5 M52 5 150

HTA 90 M45 4,5 M45 4,5 150HTA 90 M48 5 M48 5 150HTA 90 M52 5 M52 5 150HTA 90 M56 5,5 M56 5,5 150HTA 90 M60 5,5 M60 5,5 150

HTA 130 M60 5,5 M60 5 150HTA 130 M64 6 M64 6 150HTA 130 M68 6 M68 6 150

HTA 130 M72 6 M72 6 150HTA 130 M76 6 M76 6 150

HTA 160 M72 6 M72 6 150HTA 160 M76 6 M76 6 150HTA 160 M80 6 M80 6 150

HTA 200 M80 6 M80 6 150HTA 200 M85 6 M85 6 150HTA 200 M90 6 M90 6 150HTA 200 M95 6 M95 6 150HTA 200 M100 6 M100 6 150

HTA 250 M100 6 M100 6 150HTA 250 M110 6 M110 6 150HTA 250 M120 6 M120 6 150HTA 250 M125 6 M125 6 150

HTA 310 M125 6 M125 6 150HTA 310 M130 6 M130 6 150HTA 310 M140 6 M140 6 150HTA 310 M150 6 M150 6 150


25/48

25

Sectionhydraulique

Efforthydraulique

maxi.

Coursepiston

Dimensions

D H

H1

D1

D2

A

U

X

Y

Z

Massetendeur

complet

cm2 kN mm mm kg

20 300 8 86 100 30 74 56 26 38 138 56 44,5 320 300 8 86 100 30 74 56 26 42 142 57 44,5 320 300 8 86 100 30 74 56 26 46 146 59 44,5 320 300 8 86 100 30 74 56 26 52 152 62 44,5 3

35 525 8 109 116 40 97 73 31 52 168 73,5 56 4,835 525 8 109 116 40 97 73 31 57 173 76,5 56 4,835 525 8 109 116 40 97 73 31 63 179 79 56 4,835 525 8 109 116 40 97 73 31 69 185 81 56 4,8

50 750 8 128 128 49 116 90 38 69 197 91 65,5 7,550 750 8 128 128 49 116 90 38 74 202 94 65,5 7,5

50 750 8 128 128 49 116 90 38 80 208 97 65,5 7,550 750 8 128 128 49 116 90 38 86 214 100 65,5 7,5

60 900 8 137 140 54 133 102 40 80 220 91 69,5 960 900 8 137 140 54 133 102 40 86 226 92 69,5 960 900 8 137 140 54 133 102 40 92 232 94 69,5 960 900 8 137 140 54 133 102 40 99 239 96 69,5 9

90 1 350 8 166 154 65 154 114 42 86 240 119 84,5 15,390 1 350 8 166 154 65 154 114 42 92 246 122 84,5 15,390 1 350 8 166 154 65 154 114 42 99 253 124,5 84,5 15,390 1 350 8 166 154 65 154 114 42 107 261 127,5 84,5 15,390 1 350 8 166 154 65 154 114 42 114 268 130,5 84,5 25

130 1 950 8 198 179 82 187 137 50 114 293 147 101 25130 1 950 8 198 179 82 187 137 50 122 301 150 101 25130 1 950 8 198 179 82 187 137 50 130 309 153 101 25

130 1 950 8 198 179 82 187 137 50 137 316 155,5 101 25130 1 950 8 198 179 82 187 137 50 145 324 158,5 101 31

160 2 400 10 215 190 86 203 145 50 137 327 163,5 109 31160 2 400 10 215 190 86 203 145 50 145 335 166,5 109 31160 2 400 10 215 190 86 203 145 50 152 342 169,5 109 31

200 3 000 10 244 217 106 232 180 60 152 355 184,5 124 31200 3 000 10 244 217 106 232 180 60 162 365 187,5 124 39200 3 000 10 244 217 106 232 180 60 171 374 193 124 39200 3 000 10 244 217 106 232 180 60 181 384 196 124 39200 3 000 10 244 217 106 232 180 60 190 393 202 124 54

250 3 750 10 284 245 131 272 223 73 190 425 222 144 54250 3 750 10 284 245 131 272 223 73 209 444 227,5 144 54250 3 750 10 284 245 131 272 223 73 228 463 236 144 54250 3 750 10 284 245 131 272 223 73 238 473 242 144 54

310 4 650 10 325 273 156 313 260 86 238 506 262,5 164,5 75310 4 650 10 325 273 156 313 260 86 247 515 265 164,5 75310 4 650 10 325 273 156 313 260 86 266 534 274 164,5 75310 4 650 10 325 273 156 313 260 86 285 553 280 164,5 75


26/48

26


Le serrage par tendeurhydrauliqueExaminons dabord le serrage par tendeurhydraulique.

A sein de la gamme standard des

tenders (voir le cataloge gnral SKF

HYDROCAM), nos choisissons le tender

HTA 20 qi est adapt a bolon concern( tableau 3).

Facteurs de dispersion dans le serrage

hydraulique

Analysons dabord les diffrents facters

de dispersion et leur niveau que lon peutrencontrer avec le tendeur hydraulique.

Dispersion lie aux dimensions et tolrances de

la boulonnerie et de lassemblage

Le diagramme 14permet de trouver quelsera leffort hydraulique mettre en uvre.

Nos voyons qe por n rapport

L/d = 10, le rapport Fh/F0entre lefforthydraulique ncessaire Fhet leffort rsiduelfinal de serrage F0se situe dune faongnrale entre les valeurs 1,10 et 1,20, soit :1,15 4,5%.

Mais, en fait, le graphique indique unevariation gnrale (pour L/d = 10 : 4,5%)prenant en compte les diffrents types demontages, de formes et de caractristiquesde pices, en particulier des filetages, quelon peut rencontrer le plus souvent en

mcanique.Nos savons par exprience qe sr nmme assemblage le rapport Fh/F0varierade moins de 2% pour un serrage unitaire,car seuls les tolrances dimensionnelles,les dfauts gomtriques et les carts dansles caractristiques des matriaux sur unemme pice ou sur un mme lot de picessont prendre en compte.

Nos retenons donc 1,15 comme valer

moyenne, 1,18 comme valeur maximaleet 1,12 comme valeur minimale.

Dispersion sur leffort hydraulique

La dispersion sur leffort hydrauliquedpend dune part du tendeur lui-mmeet dautre part de la prcision sur la pressionhydraulique.

Les tenders SKF HYDROCAM ont n

excellent rendement (98% 1%).

Donc la dispersion sr le tender choisinest que de 1%. La dispersion sur lapression est en gnral de 2%, elledpend de la justesse du moyen de mesure(manomtre ou capteur) et de la prcision delecture par loprateur.

Au total, la prcision sur leffort hydraulique

sera de 3%.Nos avons choisi de ne pas dpasser dans

tous les cas un effort maximal sur leboulon de Fmaxi= 198 000 N (por ne pasexcder une contrainte de smaxi= 810 MPa).

Nos limitons donc leffort hydraliqe

maximal la mme valeur :

Fh maxi= 198 000 N

Compte tenu de la dispersion hydraulique ,

leffort hydraulique minimal sera :

Fh mini= 198 000/1,06

soit : Fh mini= 186 800 N

Et ainsi, nous obtenons leffort hydraulique

moyen viser :

Fh m= (Fh maxi+ Fh mini)72 = 192 400 N

Le tender SKF HYDROCAM HTA 20 ayant

une surface sous pression de 20 cm2, lapression mettre en uvre sera, en tenantcompte du rendement (98%), de 98 MPa.

Dispersion sur laccostage de lcrou serrer

Laccostage de lcrou, sil est faitmanuellement, peut entraner une dispersionsur le serrage final de 3%.

Les diffrentes prcautions, simples, prendre pour limiter la dispersion surlaccostage, sont expliques dans le cataloguegnral SKF HYDROCAM.

Pour lexemple trait, nous prenons unedispersion de 3% sur laccostage.

Consquence des dispersions sur leffort

final de serrage

Nos povons maintenant voir la

consquence des dispersions sur leffortde serrage rsiduel final.

Leffort de serrage est maximal quandleffort hydraulique est maximal, laccostage

est en haut de la plage et le rapport Fh/F0estminimal.

Leffort maximal de serrage sera donc :

F0 maxi= 182 000 N (198 000 1,03/1,12)

Leffort de serrage est au minimum quandleffort hydraulique est minimal, laccostageest en bas de fourchette et le rapport Fh/F0est maximal.

Leffort minimal de serrage sera donc :

F0 mini

= 154 000 N (186 800 0,97/1,18)

La valeur moyenne de leffort de serrage sera( diagramme 15) :

F0 m= (F0 maxi+ F0 mini)72 = 168 000 N

F0= 168 000 N 8,5%

Nos voyons qe nos sommes bien dans la

plage de tolrance prcdemment indiquepour une utilisation classique de tendeur,sans moyen de mesure complmentaire

particulier.Avec de lhabitde, il est parfaitementpossible de raliser beaucoup mieux sur unmme assemblage : 6% et mme moins.

Effort extrieur maximal sur lassemblage

Maintenant que notre assemblage a tconvenablement serr avec le tendeurhydraulique, voyons quel effort de tractionextrieur maximal il peut supporter sans queleffort total sur un boulon dpasse la valeurlimite que lon sest fixe :

Fmaxi= 198 000 N

Pour cela, il nous faut dabord connatre lesraideurs du boulon et de la structure.

Avec les dimensions dj dfinies, on pet

calculer la raideur du boulon :

RB= ASE/L = 244,5 210 000/200= 256 700 N/mm


27/48

27

d

F (kN)s(MPa)

630

687

745

810

230

154

168

182

198

210

125

100

25

50

75

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

(0,90 Re)

Graphique du serrage avec tendeur hydraulique dun boulon M20 2,5 de longueur 200 mm

Diagramme 15

En ce qui concerne la raideur de la structure,nous savons que dans le domaine de lamcanique, elle est souvent gale 5 10 fois celle du boulon.

On prendra un coefficient 8, donc :

RS= 2 000 000 N/mm

On a vu prcdemment que, dans le cas duneffort extrieur FE, seulement une partie F1de celui-ci vient sappliquer sur le boulon :

F1= FERB7(RB+ RS)

On peut donc parfaitement calculer leffortextrieur maximal que chaque boulon denotre assemblage serr laide du tendeurhydraulique peut supporter sans dpasser lalimite de 810 MPa que nous avons fixe.

Ainsi, la force totale maximale qi sexerce

sur le boulon ne doit pas tre suprieure lavaleur dj indique :

Fmaxi= 198 000 N

La force totale maximale que supporte leboulon devra tre :

FT maxi= F0 maxi+ F1= F0 maxi+ FERB7(RB+ RS)

La valeur maximale autorise pour FEpeutdonc tre calcule ( diagramme 15) :

FE= (Ft maxi F0 maxi) (RB+ RS)7RBFE= 140 000 N

Soit n effort extrier total sr notre

assemblage dfini ( page 18) de :

16 140 000 = 2 240 000 N

Nos spposons ne rpartition niforme de

cet effort sur lensemble des boulons.Et nous avons la certitude que les boulons

travailleront tous presque de la mmefaon avec des taux de contrainte trs voisins.Il y a une grande homognit.

En revanche, il est bien vident que pourdes valeurs suprieures de leffort extrieuril y a risque de dpassement de la limitede scurit que nous avons choisie pourla boulonnerie.

Le serrage au coupleProcdons maintenant au serrage au couple.

Nos choisissons dtiliser ne cl

dynamomtrique manuelle calibre.

Facteurs de dispersion dans le serrage

au couple

Voyons l aussi quels sont les diffrentsfacteurs de disp ersion et leur niveau.

Dispersion dans le couple exerc par la cl

Une cl dynamomtrique calibre telle quecelle que nous avons choisie a en gnral unedispersion sur le couple de : 5%.

Il est cependant bon de rappeler quele plus souvent pour les quipements deserrage au couple couramment utiliss ladispersion est bien suprieure cette valeur.

Dispersion lie aux tolrances de la

boulonnerie et de l assemblage

Cette dispersion est surtout due auxtolrances dimensionnelles, aux dfautsgomtriques et aux variations dans lescaractristiques des matriaux.

tant donn quil ny a pas de facteurFh/F0, son influence est plus faible que pour letendeur hydraulique, on peut estimer quelleest de lordre de : 1%.

Dispersion sur les coefficients de frottement

Dex coefficients de frottement entrent en

jeu dans le serrage au couple :

mth= coefficient de frottement au niveau desfilets crou/goujon ou vis

mfl = coefficient de frottement de la facede lcrou sur la structure.

Ainsi, por les aciers et sr n mme lot de

pices, le premier se situe en gnral entre0,08 et 0,12 (0,10 20%) et le second peutvarier de 0,10 0,15 (0,125 20%).

Limite que lon sest fixe pour le matriau

F0 maxi

F0 m

F0 miniFext maxi140 kN

FH= 1985%kN+0


28/48

28

d

F (kN)s(MPa)

666

795810

974

1033 230

150

136

168

182172

200

214

125

100

25

50

75

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

(0,90 Re)


Analyse des composantes du couple

de serrage

Le couple de serrage TTappliqu par lacl permettra de vaincre deux couplesrsistants :

le cople rsistant a nivea des filets Tth

(cest ce couple-l qui provoque la torsiondu boulon ( fig. 5)

le cople rsistant a nivea de la face de

contact de lcrou Tfl.

On a donc : TT= Tth+ Tfl

Les formules gnralement admises pour lavaleur de ces couples sont :

Tth= Tth + Tth" = F (p/2p) + F (m1rr)et Tfl= F (m2rm)

avec :p = pas du filetage (2,5 pour M20)

1/2p= 0,16mth= coefficient de frottement des filetsmfl = coefficient de frottement de la face crou

d2 = diamtre moyen des filets (18,376 pourM20)

rr = 0,583 d2= rayon moyen du filetrm = rayon moyen de contact face crou

(13 pour crou M20)F = effort de tension de serrage.

On peut donc crire :

Tth= Tth + Tth" = F (0,16 p) + F (mth0,583 d2)Tfl= F (mflrm)

En fait, seule la partie Tth du couple TTsert llongation du goujon, les autrescouples sont en quelque sorte des couples parasites .

Nos cherchons obtenir la mme valer

de leffort moyen que pour le serrage avec letendeur hydraulique :

F0 m= 168 000 N

Couple de serrage

Calculons le couple moyen ncessaire pourobtenir cet effort moyen.

Le couple moyen rsistant au niveau desfilets est :

Tth m= 168 000 (0,16 2,5)+ 168 000 (0,10 0,583 18,376)

Tth m= 67 200 + 180 000 = 247 200 Nmm

Le couple moyen rsistant au niveau de laface de lcrou est :

Tfl m= 168 000 (0,125 13)Tfl m= 273 000 Nmm

Le couple moyen appliquer sera donc :

TT m= Tth m+ Tfl m= 520 200 Nmm520,2 Nm52,02 daNm

dont selement 67 200 Nm (soit 13%)

servent rellement au serrage !Compte tenu du niveau de prcision dj

cit de notre outil de serrage, le couplerellement appliqu se situera de faonalatoire entre les deux valeurs suivantes :

TT mini = 520 200 0,95 = 494 190 NmmTT maxi = 520 200 1,05 = 546 210 Nmm

Consquence des dispersions sur leffort

de serrage

Les efforts de tension minimaux et maximaux

correspondants sur le boulon seront :

Fmini = TT mini7(0,16 2,5 + mth maxi0,583 d2+ mfl maxi13)

Fmini = 494 1907(0,16 2,5 + 0,12 0,58318,376 + 0,15 13)

Fmini = 135 930 N

Fmaxi = TT maxi7(0,16 2,5 + mth mini0,583 d2+ mfl mini13)

Fmaxi = 546 2107(0,16 2,5 + 0,08 0,58318,376 + 0,10 13)

Fmaxi = 213 610 N

On peut dj voir que leffort moyen rel serasuprieur leffort moyen vis :

F0 mr= (135 930 + 213 610)72 = 174 770 Nsoit +4%

Si nos exprimons la tolrance par rapport

leffort vis, la tension de notre boulonpourra tre exprime de la faon suivante( diagramme 16) :

F0= 168 000 N (+27% 19%)

(o 174 770 N 22%)

Graphique du serrage au couple dun boulon M20 2,5 de longueur 200 mm

Diagramme 16

Limite que lon sest fixe pour le matriau

F0 maxi

F0 m(T0 m= 520 Nm)

F0 mini

Fext maxi140 kN


29/48

29

Lanalyse des contraintes est dtaille par lasuite, mais on remarque dores et dj que,compte tenu de lexistence de la torsion, avecleffort de tension de 168 kN, on obtient ne

contrainte quivalente de 795 MPa et, ainsi,la limite fixe de 810 MPa nautorise quuneffort maximal de tension (y compris leffort

extrieur FE) de 172 kN.Nos voyons assi qe, mme en tilisant

un outil de serrage prcis, la plage detolrance sur la tension finale de serrage est,dans notre exemple, prs de trois fois plusimportante avec le serrage au couple quavecle serrage par tendeur hydraulique.

Incidences sur les contraintes dans

le boulon

Contraintes dans le cas maximal

Regardons maintenant ce qi se passe dans

le boulon dans le cas o les efforts sont aumaximum du fait de la valeur des diffrentsparamtres.

Les efforts engendrent dans le boulon lescontraintes suivantes :

la contrainte de traction :smaxi= Fmaxi/AS= 213 610/244,5smaxi= 873,6 MPa

la contrainte de torsion :tmaxi= 16 Tth maxi7(pdeq3 )on sait que :Tth maxi= 213 610 (0,16 2,5 + 0,08

0,583 18,376)Tth maxi= 268 520 Nmmdonc tmaxi= 248,5 MPa

la contrainte qivalente (critre de Von

Mises) atteindra :

seq maxi= smaxi2+ 3 tmaxi2

seq maxi= 974 MPa

On voit que, dans le cas o les efforts sontmaximaux, la contrainte de torsion qui atteint28% de la contrainte de traction entrane uneaugmentation de la contrainte quivalente deplus de 11%.

Ainsi, ds le serrage, la limite lastiqedu matriau sera probablement dpasse.

A fortiori, la limite de 810 MPa qe nos

avions fixe !

PJJJJJJ

Effort extrieur sur lassemblage dans le cas

maximal

Appliqons maintenant leffort extrier de

140 000 N lassemblage serr a cople

dans le cas o les efforts sont maximaux.Nos avons v qe la part de cet effort qi

sexerce sur le boulon est :

F1= FERB7(RB+ RS)F1= 15 900 N

Leffort de tension maximal sur le boulon estainsi augment, il devient gal :

Fmaxi= 213 610 + 15 900 = 229 510 N

la contrainte de traction devient :smaxi= 939 MPa

la contrainte de torsion nest pas modifie :

tmaxi

= 248,5 MPa la contrainte quivalente de Von Mises sera :

seqmaxi= 1 033 MPa

Bien videmment, lapplication de leffortextrieur aggrave encore les choses.

Ainsi, dans notre exemple, il y a de trs

gros risques quau moins une striction deboulon soit introduite lors du serrage aucouple et quune rupture se produise enservice !

Contraintes dans le cas minimal

Nos povons assi regarder ce qi se passedans lassemblage dans le cas o les effortssont au minimum du fait des alas dans lavaleur des diffrents paramtres.

Les efforts minimaux engendrent dans leboulon les contraintes suivantes :

la contrainte de traction :smini= Fmini/AS= 135 930/244,5smini= 556 MPa

la contrainte de torsion :tmini= 16 Tth mini7(pd3eq)

on sait que :

Tth mini= 135 930 (0,16 2,5 + 0,120,583 18,376)

Tth mini= 229 120 Nmm donc tmini= 212 MPa la contrainte qivalente (critre de Von

Mises) atteindra :

seq mini= smini2+ 3 tmini2

seq mini= 666 MPaPJJJJJJ

On voit que, pour la configuration en effortsminimaux, la contrainte de torsion atteint38% de la contrainte de traction et elleentrane une augmentation de la contraintequivalente de prs de 20% !

Fort heureusement, on est, dans ce cas,encore relativement loin de la limite lastique

du matriau.On peut cependant remarquer que cette

contrainte dite minimale obtenue avec lamthode au couple est en fait trs prochede la contrainte thorique de traction pure laquelle on sattend dans le cas du serragemoyen (666 MPa contre 687 MPa).

Cela confirme que, dans le serrage aucouple, il convient dtre trs prudent et debien prendre en compte la torsion induite parla mthode.

Effort extrieur sur lassemblage dans le cas

minimal

Appliqons maintenant leffort extrier

de 140 000 N notre prsent assemblage

serr au couple dans les conditions (fortuites)minimales. On devine que les consquencessur le plan des contraintes ne conduisent pas une situation trop dlicate.

Nos savons qe la srcharge sr le

boulon est en fait :

F1= 15 900 N

Leffort de tension devient donc gal :

F = 135 930 + 15 900 = 151 830 N

la contrainte de traction atteint :s= 621 MPa

la contrainte de torsion nest pas modifie

t= 212 MPa la contrainte quivalente de Von Mises sera

seg= 721 MPa

Si on se rapproche de la limite lastiqe d

matriau, on ne latteint cependant pas.

En ralit, dans ce cas, le problme ne sesitue pas au niveau des contraintes, maisplutt au niveau du serrage lui-mme.

En effet, dans notre exemple, leffortextrieur appliqu notre assemblage est :

FE= 140 000 N


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Or, pour le serrage minimal , loprationde serrage au couple nengendre quun effortde serrage de 135 930 N, alors qe leffort

extrieur provoquant le dcollement delassemblage est :

FE= F0RS7(RB+ RS)

soit : 153 345 N !

Donc, en cas de trs lgre srcharge

extrieure (+10%), il y a bel et bien risquede dcollement des pices assembles avecpossibilit de desserrage et, si lapplicationconcerne une tanchit, fuite au niveau dela jonction boulonne.

De pls, nos savons qe, por des efforts

cycliques les risques de rupture par fatigueaugmentent quand le serrage nest pasoptimum.

Les risques du serrage au couple

On voit quavec le serrage au couple, sur unemme application, on peut tout aussi bienavoir :

ne contrainte excessive avec risqe de

rupture des boulons par surcontrainte qn serrage insffisant avec risqe de

desserrage, ventuellement de fuite etmme parfois de rupture par fatigue.

Pour viter ces risques, la tendance est biensouvent de surdimensionner les boulons.On est ainsi persuad que lon peut

appliquer des efforts de serrage importants.Mais en procdant de la sorte, dune part

on dgrade plutt les choses au niveaursistance la fatigue, dautre part onalourdit lassemblage, ce qui peut augmenterde faon importante non seulement le cotde construction (boulons plus gros ou plusrsistants ou en plus grand nombre, bridesde plus grand diamtre), mais aussi parfoisle cot de lexploitation qui devra prendre

en compte des pices plus lourdes et plusencombrantes.

Bilan de la comparaisonLa comparaison technique entre le serrageau tendeur hydraulique et le serrage aucouple est ici faite en analysant le serragedun boulon isol.

Et on voit dj lintrt du serrage partendeur.

Mais on a galement vu dans laprsentation gnrale des diffrentesmthodes que le serrage par tendeur estencore beaucoup plus avantageux quandil sagit de serrer plusieurs boulons, cest lasituation que lon rencontre dailleurs le plussouvent.

Ainsi, dans ce cas, la facilit de mise en

uvre, la scurit, la fiabilit, la rptitivit, lapossibilit de raliser des serrages simultans

sont autant davantages qui viennentcomplter celui dune meilleure prcision.

Il convient ici de rappeler que la prcisionpeut encore tre amliore par lutilisationdun moyen de mesure supplmentaire,en particulier : la rondelle de mesure, dontlintrt a dj t dcrit.

La conception dunassemblage nouveauPrenons maintenant le cas o nous avons concevoir un nouvel assemblage.

Aprs tot ce qil a t v prcdemment,

on comprend que la conception sera trs

diffrente selon que lon prvoit un serrageau couple ou un serrage au tendeur.

Reprenons lexemple d serrage de dex

brides de diamtre extrieur 600 mm,assembles par 16 boulons M20 2,5rpartis sur un diamtre de 500 mm( fig. 18).

Le serrage par tendeurhydrauliqueEn ce qui concerne la prise en compte duserrage par tendeur hydraulique ds laconception, nous avons vu que lassemblagedj dcrit avait t justement optimis etque les boulons choisis sont bien ceux quiconviennent quand on prvoit dutiliser cettemthode de serrage.


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31

Le serrage au coupleVoyons donc, maintenant, commentcet assemblage devrait tre conu pourpermettre un serrage au couple avec lamme scurit que pour le serrage autendeur hydraulique.

Par rapport la conception optimale

dj dcrite et pour permettre la tenue despices, il y a en gnral le choix entre les troissolutions suivantes :

slection de bolons de classe spriere

agmentation d nombre de bolons

accroissement d diamtre des bolons.

Examinons chacune de ces trois solutions.

Slection de boulons de classe suprieure

Compte tenu de la contrainte maximales

eq maxi= 1 033 MPa, on comprend que la

classe des bolons devra tre 12-9. Soit :rsistance la traction Rm> 1 200 MPa etlimite dlasticit Re (0,2%)> 1 080 MPa.

Et pourtant, mme dans ce cas, nousnaurions pas le coefficient de scurit quenous avons avec le tendeur hydrauliquepuisque 90% de la limite lastique signifie unecontrainte maximale de 972 MPa.

Donc, dans cet exemple, le changement

de classe des boulons ne peut constituerune solution que si lon accepte de rduire lecoefficient de scurit.

De pls, le srcot por ltilisation deboulons plus rsistants peut dpasser 30%.Enfin, les problmes voqus

prcdemment, lis au risque de desserragedans le cas minimal, demeurent.

linverse, un assemblage conu pourutiliser 16 boulons M20 classe 12-9 serrsau couple pourra tre re-conu pour utiliser16 boulons M20 classe 10-9 serrs autendeur hydraulique. Le coefficient descurit de lassemblage en sera mmeaugment.

Augmentation du nombre de boulonsIl est bien vident que cette solution nepeut tre choisie que si la place disponibleest suffisante sur le diamtre de rpartitiondes fixations.

Lespacement entre deux boulons doit tretel quavec lcrou voisin la douille de la cl

de serrage puisse tre mise en place sansproblme.

Dans lexemple choisi, lencombrement

extrieur de lcrou est environ de 36 mm etcelui de la douille de 50 mm.

Lespace cordal entre deux boulons doitdonc tre suprieur 43 mm.

Prenons 50 mm pour tre laise.On voit quavec 16 boulons sur un

diamtre de 500 mm lespace cordal tant de 97,55 mm on a toute la placesouhaite. On peut mme aller jusqu30 boulons puisque, dans ce cas, lespace cordal est encore de 52,26 mm.

Pour 16 boulons, la contrainte maximaleest : seq maxi= 1 033 MPa, alors que nous nevoulons pas dpasser 810 MPa ; il faut doncla rduire de plus de 20%.

Si dans n premier temps nos appliqons

tout simplement ce coefficient au nombre deboulons, nous trouvons quil en faut 20 aulieu de 16.

Voyons ce que lon obtient par le serrageau couple avec ces 20 boulons.

Tout dabord, nous avons vu que lefforttotal moyen de serrage est :

168 000 16 = 2 688 000 N

Soit dans le cas de 20 bolons :

F0 m= 134 400 N par bolon.

Ensuite, leffort total extrieur de tractiontant rparti sur 20 boulons est maintenantde : 2 240 000/20 = 11 200 N par point

de fixation, et, compte tenu des raideurs,la surcharge sur chaque boulon est :

F1= 12 720 N

Reprenons por les 20 bolons les calcls de

couple faits pour les 16 boulons.

Couple moyen ncessaire pour obtenir l effort

moyenCouple moyen rsistant au niveau des filets :

Tth m= 134 400 (0,16 2,5) + 134 400(0,10 0,583 18,376)

Tth m= 53 760 + 144 000 = 218 400 Nmm

Couple moyen rsistant au niveau de la facede lcrou :

Tfl m= 134 400 (0,125 13)Tfl m= 218 400 Nmm

Couple moyen appliquer :

TT m= Tth m+ Tfl m= 416 160 Nmm416,16 Nm41,616 daNm

Et avec le niveau de prcision de loutil de

serrage, le couple rellement appliqu sesituera de faon alatoire entre :


Efforts de tension minimal et maximal

correspondants sur le boulon

Fmini= TT mini7(0,16 2,5 + mth maxi0,583 d2+ mfl maxi13)

Fmini= 395 3507(0,16 2,5 + 0,12 0,58318,376 + 0,15 13)

Fmini= 108 740 N

Fmaxi= TT maxi7(0,16 2,5 + mth mini0,583 d2+ mfl mini13)

Fmaxi= 436 9707(0,16 2,5 + 0,08 0,58318,376 + 0,10 13)

Fmaxi= 170 890 N

Effort moyen rel :

F0 mr= (108 740 + 170 890)72 = 139 815 N(soit 4% de plus que leffort moyen vis)

Plage de tension du boulon par rapport leffort vis :

F0= 134 400 N (+27% 19%)

Analyse des contraintes dans le boulon dans le

cas maximal

Contrainte de traction :smaxi= Fmaxi/AS= 170 890/244,5smaxi= 699 MPa

contrainte de torsion :tmaxi= 16 Tth maxi7(pd3eq)Tth maxi= 170 890 (0,16 2,5 + 0,08

0,583 18,376)= 135 944 Nmm

tmaxi= 126 MPa contrainte qivalente (critre de Von

Mises) :


seq maxi= 732 MPaPJJJJJJ


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Application de leffort extrieur

Nos avons v qe la part deffort extrier

reprise par chaque boulon est :

F1= 12 720 N

Effort de tension maximal sur le boulon :

Fmaxi= 170 890 + 12 720 = 183 610 N

Contraintes en considrant leffort extrieur

Contrainte de traction :

smaxi= 751 MPa contrainte de torsion :

tmaxi= 126 MPa contrainte qivalente de Von Mises :

seq maxi= 782 MPa

On voit que le choix de 20 boulons au lieu de16 peut convenir.

Mais le surcot de la boulonnerie estde 25% auquel il faut ajouter les surcotsdsinage. De pls, l encore, les problmes

lis au risque de desserrage dans le casminimal demeurent.

(Il convient de noter quun calcul avec 18boulons conduit une contrainte maximalede seq maxi= 862 MPa incompatible avecnotre critre de scurit.)

linverse, un assemblage conu pourutiliser 20 boulons M20 serrer au couplepourra tre re-conu pour nutiliser

que 16 boulons M20 serrs au tendeurhydraulique.

Augmentation du diamtre des boulons

Comme pour le cas du changement dunombre de boulons, appliquons toutsimplement dans un premier temps lecoefficient de 20% au carr du diamtredes boulons. Compte tenu des dimensionsstandards, nous trouvons quil faut un boulonde 24 mm de diamtre au lieu de 20 mm.

Les dimensions du filetage M24 3 ISOsont :

d = 24 mmd2 = 22,0508 mmd3 = 20,320 mmdeq= 21,1854 mmAS = 352,5 mm2.

L nous avons toujours besoin dun efforttotal moyen de serrage :

F0 m= 168 000 N par bolon.

Reprenons por les bolons M24 les calcls

de couple.

Couple moyen ncessaire pour obtenir l effort

moyen

Couple moyen rsistant au niveau des filets :

Tth m= 168 000 (0,16 3) + 168 000(0,10 0,583 22,0508)

Tth m= 80 640 + 215 970 = 296 610 Nmm

Couple moyen rsistant au niveau de la facede lcrou :

Tfl m= 168 000 (0,125 16)Tfl m= 336 000 Nmm

Couple moyen appliquer :

TT m= Tth m+ Tfl m= 632 610 Nmm(632,61 Nm o 63,261 daNm)

Et avec le niveau de prcision de loutil deserrage, le couple, rellement appliqu sesituera de faon alatoire entre :


Efforts de tension minimal et maximal

correspondants sexerant sur le boulon

Fmini = 600 9807(0,16 3 + 0,12 0,58322,0508 + 0,15 16)

Fmini = 135 890 N

Fmaxi = 664 2407(0,16 3 + 0,08 0,58322,0508 + 0,10 16)

Fmaxi = 213 690 N

Contraintes dans le boulon dans le cas

maximal

Contrainte de traction :smaxi= Fmaxi/AS= 213 690/352,5smaxi= 606,5 MPa

contrainte de torsion :tmaxi=16 Tth maxi7(pd3eq)

(Tth maxi= 213 690 (0,16 3 + 0,08 0,583

22,0508) = 322 340 Nmm) tmaxi= 173 MPa contrainte qivalente (critre de Von

Mises) :


seq maxi= 676 MPaPJJJJJJ

Application de leffort extrieur

On sait que leffort extrieur par fixation est :

FE= 140 000 N

Mais compte tenu du diamtre du boulonplus important, sa raideur est augmente.

Et donc la part de leffort extrieur quilreprend est plus importante et devient :

F1= 21 860 N (a lie de 15 900 N)

Leffort de tension maximal sur le boulon sera :

Fmaxi= 213 690 + 21 860 = 235 550 N

Contraintes en considrant leffort extrieur

Contrainte de traction :smaxi= 668 MPa

contrainte de torsion :tmaxi= 173 MPa

contrainte qivalente de Von Mises :seqmaxi= 732 MPa.

On voit que le choix de boulons M24 3 aulieu de M20 2,5 peut aussi convenir.

Mais le surcot de la boulonnerie estsouvent de 40% et les problmes lis aurisque de desserrage dans le cas minimaldemeurent.

Il convient de noter quun calcul avecdes boulons M22 2,5 (dimensions peu

courantes) conduit une contrainte maximalede seqmaxi= 839 MPa, donc si on souhaiteutiliser ces boulons, il faudra admettre derduire le coefficient de scurit.

linverse, un assemblage conu pourutiliser 16 boulons M24 3 serrs au couplepourra tre re-conu pour utiliser 16 boulonsM20 2,5 serrs au tendeur hydraulique.



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F0(%)

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75 %

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25 %

115 %

0 1

BA

Le serrage simultan par la tractionhydraulique

Le serrage simultan consiste serrer enmme temps plusieurs ou la totalit desboulons dun assemblage.

On trouvera quelques exemples deserrages simultans en fin de chapitre.

Nos avons v prcdemment qe ce

processus de serrage prsente des avantagesimportants, souvent mme dterminants :

grande homognit de serrage de

lensemble des boulons de lassemblage mise en vre simple

dre dintervention rdite.

Or il se trouve que le serrage par tractionhydraulique constitue justement le moyenle plus pratique pour mettre en uvre ceprocessus de serrage simultan.

Les informations qui suivent sontgnrales et donnes titre dexemple. Les

rsultats sur application relle peuvent varierselon les dimensions et les tolrances descomposants, la qualit des outillages de miseen tension et la procdure mise en uvre.Lapplication pourra, si ncessaire, faire lobjetdune tude plus prcise.

Le serrage simultan

de 100% des boulonsde lassemblageCest la mthode la plus prcise et la plusrapide : tous les boulons sont serrs enmme temps ( diagramme 17). Maisil faut prvoir autant de tendeurs que deboulons.

Ainsi, dans lexemple prcdent, le serrage

simultan consiste utiliser en mme

Serrage simultan de 100% des boulons de lassemblage

temps 16 tendeurs avec les tuyauterieshydrauliques ncessaires lalimentation.

Lopration de serrage est fort simplepuisquil suffit de mettre en placelensemble des tendeurs, de les connecterhydrauliquement la source de pression,de procder la monte en pressionsimultane et de raliser laccostage lapression ncessaire (en doublant loprationde prfrence) pour obtenir leffort voulu.Dans notre exemple : effort rsidel

F0= 168 000 N por n effort hydraliqeFh= 192 400 N obten avec des tendersSKF HYDROCAM HTA 20 monts la

pression de 98 MPa.Lhomognit de serrage ainsi obtenue

pour tous les boulons est excellente.En effet, nous savons par exprience

que les dispersions que nous avions prisesen compte dans la premire partie de cedocument sont notablement diminues :

la dispersion sr le rapport Fh/F0estrduite 1% la dispersion sr leffort hydraliqe ne

dpend plus que des seuls tendeurs, elleest ainsi rduite 1%

la dispersion sr laccostage est rdite

2%.

La dispersion de serrage entre tous lesboulons de lassemblage sera de 4%.

A = cart de la valeur moyenne des tensions rsiduelles obtenues aprs serrage par rapport la tension rsiduelle vise : < 1%

B = cart total de toutes les tensions rsiduelles obtenues aprsserrage par rapport la valeur moyenne : 4%

Diagramme 17

Nombre de boulons = 16Nombre de tendeurs = 16

100% des boulons

Passes

Tension hydraulique

Tension rsiduelle

Serrage simultan par couronne monobloc


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Machine de serrage et de desserrage de goujons de cuves de racteurs nuclaires

Pupitre

Serrage simultan partendeurs individuelsavec alimentationcentralise


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F0(%)

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50 %

25 %

90 %94 %97 %

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BA

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11 7

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4

Le serrage simultan par la traction hydraulique

Serrage simultan de 50% des boulons de lassemblage

A = cart de la valeur moyenne des tensions rsiduelles obtenues aprs serrage par rapport la tension rsiduelle vise : +1%/3%

B = cart total de toutes les tensions rsiduelles obtenues aprs serrage par rapport la valeurmoyenne : +5%/7%

Diagramme 18

Passes

Tensionhydraulique

Tensionrsiduelle

Nombre de boulons = 16Nombre de tendeurs = 8

1repasse

2epasse

1ercyclede 2 passes

2ecyclede 2 passes

50% des boulons

Le serrage simultande 50% des boulons delassemblageCest le cas o la moiti des boulons estserre en mme temps ( diagramme 18).

Il y a donc ncessit davoir un nombrede tendeurs gal la moiti du nombre deboulons serrer.

Ainsi, dans lexemple prcdent,

8 tendeurs sont utiliss avec les tuyauterieshydrauliques ncessaires lalimentation.

Lopration de serrage doit tre ralise endeux passes sur le premier lot de boulons etau moins une sur le second lot, soit un totalde trois, voire quatre, passes de serrage.

Une premire passe sur la moiti desboulons, par exemple les boulons pairs,pour lesquels on procdera une mise soustension la valeur de leffort hydrauliquereqis, soit 192 400 N por obtenir n effort

rsidel de serrage moyen de 168 000 N

aprs accostage et relchement de lapression.

Une premire passe sur lautre moiti desboulons donnera un effort rsiduel moyende 168 000 N sr ces derniers bolons, mais

provoquera le dchargement des premiersdenviron 10% qui se retrouvent ainsi un

serrage moyen de 151 000 N.Une deuxime passe sur le premier lot est

donc ncessaire pour ramener les boulons la valer vole de 168 000 N, mais cette

passe va de nouveau provoquer le desserragedu second lot denviron 6%, la valeur duserrage du second lot ne sera donc plus que158 000 N.

Si le nivea de prcision ainsi atteint est

compatible avec le niveau requis, loprationde serrage peut tre arrte l.

Mais quelquefois il faudra procder une nouvelle passe sur le second lot quiretrouvera donc une tension rsiduelle de168 000 N.

Le premier lot se trouvera alors un peudesserr mais seulement denviron 3%, soitune valeur moyenne de serrage rsiduelde 163 000 N, ce qi est sovent tot fait

acceptable.Lhomognit de serrage obtenue dans

ces conditions nest pas aussi bonne que pour

le serrage simultan 100%.Mais la dispersion gnrale restera un

niveau de : +5%/7%.Dans bien des applications cette dispersion

pourra tre considre comme acceptable.Il est bien vident que le temps dintervention

est plus long que dans le cas prcdent.


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Exemple doutillage de serrage semi-simultan(50%) de valve de grande dimension dans une

application de ptrochimie

Exemple doutillage pour serrage semi-simultan(50%) de couvercle de cuve pour produitschimiques


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Ce nest quau bout de sa quatrime passequil ne sera affect par les serrages voisinsque de 5%.

Si le nivea de prcision ainsi atteint

(dans notre exemple : 159 600 N deffort

rsiduel pour le 1erlot de 4 boulons et jusqu168 000 N por le lot final) est compatible

avec le niveau requis, lopration de serragepeut tre arrte l.

Lhomognit de serrage obtenue dansces conditions nest pas aussi bonne que pourle serrage simultan 50% ( fortiori pour leserrage 100%).

quipement de serrage simultan de culasse de gros moteurs diesel

La dispersion gnrale se situera au niveaude : +6%/10%.

Si ncessaire, ne passe spplmentaire

peut tre ralise sur le premier lot de4 boulons pour rduire encore la dispersionqui pourra ainsi tre ramene +5%/8%.

Il est bien vident que lutilisation dun

moyen de contrle permet de rduireles valeurs de dispersion prcdemmentindiques.

Comme le nombre de passes sera plusimportant, le temps dintervention seraaugment en proportion.

Les ncessits et exigences lies lapplication guideront le concepteur, lemonteur et le charg de maintenance dansleur choix. Mais on peut dores et djaffirmer que, dans la majorit des cas, il y aun grand intrt, pour avoir un serrage prciset optimis, avoir recours au serrage

simultan par tendeurs hydrauliques.


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Conclusion

tant donn que la qualit dun assemblageboulonn dpend de deux paramtresintimement lis :

la conception de lassemblage

le mode de serrage des bolons, il est

indispensable de choisir le bon modede serrage ds la conception.

La mthode de serrage au couple offrelavantage dtre simple surtout si les boulonsne sont pas trop gros. Mais le couple deserrage a linconvnient de gnrer dans lesboulons des contraintes de torsion parasitesqui fragilisent lassemblage et, surtout,limprcision de la tension finale de serrageest importante. Et mme si lutilisation decls hydrauliques de grande qualit peutamliorer un peu les choses, pour beaucoupdapplications exigeantes, ces inconvnientssont rdh

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