WO2012120221A1 - Methode et dispositif de serrage d'un ensemble visse - Google Patents

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WO2012120221A1 PCT/FR2012/050430 FR2012050430W WO2012120221A1 WO 2012120221 A1 WO2012120221 A1 WO 2012120221A1 FR 2012050430 W FR2012050430 W FR 2012050430W WO 2012120221 A1 WO2012120221 A1 WO 2012120221A1
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threaded rod
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clamping
forces
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Elric LEROY
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Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25B23/142—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for hand operated wrenches or screwdrivers
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B31/00—Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts
    • F16B31/02—Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts for indicating the attainment of a particular tensile load or limiting tensile load
    • F16B31/028—Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts for indicating the attainment of a particular tensile load or limiting tensile load with a load-indicating washer or washer assembly

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for clamping a screwed assembly.
  • the screwed assemblies usually comprise an assembly having two opposed bearing surfaces and a screw / nut system comprising a threaded rod passing through the assembly.
  • the screw / nut system generally means a threaded rod adapted to engage inside a threaded part.
  • the threaded rod has two opposite ends opening respectively in the two bearing surfaces and at least one nut screwed to one of said ends of the threaded rod, the other end being equipped with a retaining means, a head or a other nut.
  • a torque wrench is usually used to measure the tightening torque during clamping, and a semiempirical formula of "Kellerman and Klein” is used: C s -K. F v , F v corresponding to the desired axial tension in the rod and C s to the tightening torque, while the K factor, specific to the screw / nut system considered, includes both elements related to friction in the threading , elements related to the friction of the nut or the head, and elements related to the reaction to the voltage induced by the inclination of the screw thread.
  • a problem that arises and that aims to solve the present invention is to provide a method of clamping and a device for setting corresponding work, which make it possible to ensure at a lower cost a more precise tightening and consequently a better dimensioning.
  • the present invention proposes, according to a first aspect, a method of tightening a screwed assembly of the type according to which, on the one hand, an assembly is provided having two opposite bearing surfaces and a screw / nut system comprising a threaded rod passing through said assembly and having two opposite ends respectively opening into said two bearing surfaces and a nut screwed to one of said ends of said threaded rod while the other of said ends is equipped with a retaining means, and on the other hand, said nut is rotated relative to said threaded rod so that said nut bears against one of said bearing surfaces, while a torque of clamping forces is measured (C s ) said nut with respect to said threaded rod to be able to reach a limit torque value (C s i) corresponding to a given axial tension (F v ) of said threaded rod during the drive in rotation.
  • said nut screw system is equipped with a determined deformable elastic element able to bear against one of said bearing surfaces, said elastic element being intended to be deformed when rotated.
  • said nut relative to said threaded rod so as to transmit a determined axial force (F p r ) to said threaded rod; the amplitude of the angle of rotation of said nut relative to said threaded rod is then recorded simultaneously and the measurement of the corresponding tightening torque (C s ) is measured so as to determine an intermediate pair of forces (C p i ) corresponding to said determined axial force; and, calculating said limit torque (C S
  • a feature of the invention resides firstly in the implementation of a deformable elastic element whose mechanical characteristics are perfectly determined, and more precisely the reaction voltage when it is deformed, and secondly in the calculation of the limit tightening torque corresponding to the given axial tension, during the clamping operation.
  • the deformable elastic element reaches its deformation state the maximum voltage reaction that is reflected in the rod is determined, and then serves as a calibration to establish the corresponding torque of clamping forces.
  • the clamping accuracy is thus increased in comparison with conventional clamping methods, for example the so-called "torque” method, and at an advantageous cost. This also makes it possible to dimension the screw / nut system more precisely.
  • the elastic element is a spring washer, and for example of frustoconical shape. These washers are inexpensive, and their mechanical properties are easily calculable.
  • the elastic element for example a washer
  • the intermediate force torque measured is that in which the axial tension in the rod is equal to the determined axial force of the washer, and it is precisely between the two aforementioned phases.
  • said two equations on the right are defined by linear regression, for example by the least squares method.
  • the parameters of the first straight line corresponding to the elastic deformation of the deformable element are first determined, then the parameters of the second straight line corresponding to the elongation of the rod are determined.
  • the intermediate torque is calculated as quickly as possible, that is, when the recordings of the angle amplitudes and the corresponding force torque measurements show a linear progression, so that calculate the tightening torque limit, before it is reached.
  • ) is calculated during tightening by further multiplying the product of said given axial tension (F v ) by the fraction of said pair of intermediate forces and said force axial axis (C p i / F p i r ), by a elastic element structure coefficient ⁇ between 0.9 and 1.
  • This embodiment is particularly suitable when a nut of the brake equipment is installed to avoid loosening.
  • a deformable elastic element is preferably chosen capable of transmitting an axial force (F p i r ) less than said given axial tension (F v ) of said threaded rod, so that the elastic element deforms primarily during tightening and with greater amplitude than the rod.
  • F p i r axial force
  • F v axial tension
  • the present invention relates to a device for tightening a screwed assembly, said screwed assembly comprising an assembly having two opposite bearing surfaces and a screw / nut system comprising a threaded rod passing through said assembly and having two opposite ends.
  • said clamping device comprising drive means for rotating said nut relative to said threaded rod so that said nut can bear against one of said bearing surfaces, and measuring means for measuring a torque of tightening forces of said nut relative to said threaded rod and to be able to reach a limit torque value corresponding to a given axial tension of said threaded rod during the rotational drive.
  • the device further comprises: a determined deformable elastic washer intended to equip said screw nut system and come to bear against one of said bearing surfaces, said spring washer being intended to be deformed when driving rotating said nut relative to said threaded rod so as to transmit a determined axial force to said threaded rod; recording means for simultaneously recording, the amplitude of the angle of rotation of said nut relative to said threaded rod and the measurement of said torque of clamping forces, so as to determine a pair of intermediate forces corresponding to said axial force determined; and calculation means for calculating said limit torque torque during clamping by multiplying said given axial tension by the fraction of said pair of intermediate forces and said determined axial force.
  • the elastic element is an elastic washer of the spring washer type, of generally frustoconical shape.
  • These spring washers are obtained at an advantageous cost and their characteristics are perfectly determined according to the material used and their dimensions.
  • Other types of elastic washer can be used very well.
  • FIG. 1 is a schematic axial half-sectional view of a screwed assembly including an element of the clamping device according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic detail view of the element of the clamping device illustrated in Figure 1;
  • FIG. 3 is a schematic overall view including another element of the clamping device according to the invention.
  • FIG. 4 is a graph illustrating a step of the clamping method according to the invention.
  • FIG. 1 illustrates a screw assembly 10 comprising an assembly of two elements, a thick element 12 and a thin element 14 by means of a bolt 16.
  • the two elements 12, 14 have an orifice 18 and are separated by a spacer 20. They also have two opposed bearing surfaces, a first bearing surface 22 on the thick member 12 and a second bearing surface 24 on the thin member 14.
  • the bolt 16 it comprises a rod 26 of axis of symmetry A opening into the bearing surfaces 22, 24, and having a first end equipped with a head 28 and a second threaded end 30 provided with a nut 32. Between the head 28, forming retaining means, and the first bearing surface 22, is coaxially installed a spring washer 34, while the opposite between the nut 32 and the second bearing surface 24 is mounted a flat washer 36.
  • the second threaded end 30 is here mounted screwed through the nut 32, a with an almost zero axial tension in the rod 26.
  • the spring washer 34 which will be described below is then in a state of rest. It has, near its axis of symmetry A, an inner edge 38 bearing under the head 28 and spaced from its axis of symmetry A, an outer edge 40 bearing against the first bearing surface 22.
  • the clamping device according to the invention comprises both the spring washer 34 determined with its own mechanical characteristics and the improved torque wrench 42.
  • the latter like a conventional flat key, comprises a lever arm 44 and a jaw 46 adapted to engage the nut 32.
  • a strain gauge 48 constituting means for measuring the torque of clamping forces of the nut 32 and shown in phantom. It also includes an angular position sensor with respect to the second end of the threaded rod 30 and is not shown.
  • the lever arm 44 constitutes drive means for rotating the nut 32 relative to the second end of the threaded rod 30.
  • the improved torque wrench 42 comprises recording means 50 or memory, connected to the strain gauge 38 and the angular position sensor, for simultaneously recording the amplitude of the angle of rotation of the nut 32 relative to the second end of the threaded rod 30 and the measurement the torque of clamping forces of the nut 32. It also comprises first display means 52 directly connected to the strain gauge 48 to display the torque of clamping forces in real time. It also comprises calculation means 54 managed by a computer program and connected on the one hand to the recording means 50 and on the other hand to second display means 56. Advantageously, the recording means 50 and the calculation means 54 are gathered in a microcontroller.
  • the clamping method aims to obtain a determined axial tension F v in the rod 26, and with the greatest possible accuracy.
  • the value of this determined axial tension F v is then loaded into the recording means 50 and then be taken into account, as will be explained hereinafter, by the calculation means 54.
  • the nut 32 and the end of the threaded rod 30 shown in Figure 3 correspond to those of Figure 1, where the spring washer 34 is at rest.
  • the lever arm 44 of the improved torque wrench 42 shown in FIG. 3 is then rotated in a clockwise direction along the arrow H.
  • the amplitude of the amplitude is recorded simultaneously in the recording means 50.
  • the angle of rotation a of the nut 32 relative to the second end of the threaded rod 30 given by the position sensor and the measurement of the corresponding tightening torque C s .
  • the spring washer 34 deforms elastically and tends to flatten.
  • the increase in the tightening torque is then linear with the increase of the angle of rotation a, and the relative curve shown in FIG. 4 is a first straight portion 58 of slope a, corresponding to the stiffness of the elastic washer 34.
  • the elastic washer 34 When the rotation of the lever arm 44 continues and the elastic washer 34 is pressed against the first bearing surface 22 and flattened between the latter and the head 28, it is then the rod 26 which deforms and stretches. longitudinally elastically also.
  • the coefficient of stiffness of the rod is greater than that of the spring washer 34, also, the curve relating thereto also shown in FIG. 4 is a second straight portion 60 of a slope a 'greater than the slope a .
  • the elastic washer 34 tends to flatten while the rod 26 tends to be solicited only by bringing the head 28 and the nut 32.
  • the angle and force pair measurements have mixed components, and the curve curves.
  • the theoretical value of the pair of intermediate forces C i where the axial tension in the rod 26 is equal to the determined axial force F p i r generated by the spring washer 34 when it is plated, is determined by the coordinates of the intersection of the two right portions 58, 60.
  • the recordings of the angle magnitudes and force torque measurements stored in the recording means 50 are used by the calculating means 54 to determine, for example by the least squares method, first of all the parameters of the first straight portion 58, and then as soon as they can, those of the second straight portion 60. It can be understood that after the transition zone when the elastic washer 34 is pressed and the rod 26 is stretched, it is necessary to accumulate a certain number of measurement angle and force torque amplitude recordings to find a linear curve profile. Also, when the parameters of the second right-hand portion 60 are determined, the calculation means 54 then proceed, firstly to the theoretical calculation of the point of intersection between the right-hand portions 58, 60 and determine the intermediate pair of forces. C p i, or plating torque.
  • the calculating means 54 calculate the limit torque torque C s i, by multiplying the given axial tension F v , stored in the recording means 50, by the fraction of the intermediate force torque and the determined axial force, also stored in the recording means 50: C p i / f p i r . It is then considered that the axial tension of the rod 26 is a linear function of the torque applied to the nut 32.
  • This pair of limiting clamping forces C s i is then displayed on the second display means 56 and can then be compared in real time with the torque of instantaneous clamping forces displayed on the first display means 52.
  • the rotation of the lever arm 44 is stopped as soon as the force torque values displayed on the first and second display means 52, 56 are identical.
  • more ways sophisticated can be installed on the torque wrench 42 to allow to generate an audible signal as soon as the tightening torque limit C s i is crossed.
  • a screw assembly whose axial tension F v in the threaded rod is equal to 1400 N.
  • the axial plating force of the spring washer F p i r which is determined, is 700 N.
  • the determination of the intersection coordinates of the right portions provides an intermediate torque C p i of 10 Nm, while the angular movement of the torque wrench 42, for example is 10 °.
  • the tightening torque limit C s i is established at 20 Nm After tightening, the angle is for example 15 °.
  • the nut is equipped with braking means to overcome its loosening.
  • braking means to overcome its loosening.
  • This correction consists in introducing into the calculation of the limit torque torque C 8 i, an elastic element structure coefficient ⁇ of between 0.8 and 1, for example between 0.9 and 1.
  • the spring washer 34 which is mounted between the head 28 and the first bearing surface 22, can be installed between the nut 32 and the second bearing surface 24 in place of the flat washer 36. It will be noted that that the latter plays no role it has no impact in the tightening method but simply allows to distribute the support of the nut.

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Abstract

La présente invention concerne une méthode et un dispositif de serrage d'un ensemble vissé. Le dispositif de serrage comprend des moyens d'entraînement (44) destiné à entraîner en rotation un écrou (32), et des moyens de mesure (48) pour mesurer un couple de forces de serrage dudit écrou (32) par rapport à ladite tige filetée et pour pouvoir atteindre une valeur de couple limite (CSI) correspondant à une tension axiale donnée (Fv) de ladite tige filetée. Selon l'invention, le dispositif comprend : un élément élastique (34) déterminé destiné à être déformé lorsqu'on entraîne en rotation ledit écrou (32) par rapport à ladite tige filetée (26); des moyens d'enregistrement (50) pour pouvoir enregistrer simultanément, l'amplitude de l'angle de rotation dudit écrou (32) et la mesure dudit couple de forces de serrage; et des moyens de calcul (54) pour calculer ledit couple de forces de serrage limite (CSI) durant le serrage.

Description

Méthode et dispositif de serrage d'un ensemble vissé
La présente invention se rapporte à une méthode et à un dispositif de serrage d'un ensemble vissé.
Les ensembles vissés comprennent usuellement un assemblage présentant deux surfaces d'appuis opposés et un système vis/écrou comportant une tige filetée traversant l'assemblage. Le système vis/écrou s'entend d'une façon générale, d'une tige filetée apte à venir en prise à l'intérieur d'une pièce taraudée. La tige filetée présente deux extrémités opposées débouchant respectivement dans les deux surfaces d'appui et au moins un écrou vissé à l'une desdites extrémités de la tige filetée, l'autre extrémité étant équipée d'un moyen de retenu, une tête ou un autre écrou. Lorsque l'écrou et la tige filetée sont entraînés en rotation l'un a rapport à l'autre, l'assemblage est serré et pris en sandwich entre l'écrou et le moyen de retenu. Durant le serrage, la tension axiale de la tige s'accroit et l'enjeu est de la porter à une tension prédéfinie, en fonction de ses propriétés mécaniques intrinsèques et de l'intensité du serrage de l'assemblage souhaité.
Aussi, on utilise habituellement une clé dynamométrique pour mesurer, durant le serrage, le couple de forces de serrage, et on applique une formule semi-empirique de « Kellerman et Klein » : Cs - K . Fv , Fv correspondant à la tension axiale désirée dans la tige et Cs au couple de forces de serrage, tandis que le facteur K, spécifique du système vis/écrou considéré, inclut à la fois des éléments liés aux frottements dans le filetage, des éléments liés aux frottements de l'écrou ou de la tête, et des éléments liés à la réaction à la tension induite par l'inclinaison du pas de vis.
Cependant, ce facteur doit être évalué pour chaque système vis/écrou. Au surplus, pour bon nombre de système, les variations de la tension axiale et du couple de forces de serrage ne sont pas parfaitement linéaires. Aussi, on surdimensionne fréquemment les systèmes vis/écrou afin d'éviter le risque d'une mise en tension de la tige, inférieure ou supérieure, à la tension prédéfinie et nécessaire à la tenue de l'assemblage.
Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention, est de fournir une méthode de serrage et un dispositif de mise en œuvre correspondant, qui permettent d'assurer à moindre coût un serrage plus précis et par conséquent, mieux dimensionné.
Dans ce but la présente invention propose, selon un premier aspect, une méthode de serrage d'un ensemble vissé du type selon lequel, d'une part on fournit un assemblage présentant deux surfaces d'appui opposées et un système vis/écrou comportant une tige filetée traversant ledit assemblage et présentant deux extrémités opposées débouchant respectivement dans lesdites deux surfaces d'appui et un écrou vissé à l'une desdites extrémités de ladite tige filetée tandis que l'autre desdites extrémités est équipée d'un moyen de retenue, et d'autre part on entraîne en rotation ledit écrou par rapport à ladite tige filetée de façon que ledit écrou prenne appui à force contre l'une desdites surfaces d'appui, tandis qu'on mesure un couple de forces de serrage ( Cs ) dudit écrou par rapport à ladite tige filetée pour pouvoir atteindre une valeur de couple limite ( Csi ) correspondant à une tension axiale donnée ( Fv ) de ladite tige filetée durant l'entraînement en rotation. Selon l'invention, on équipe tout d'abord ledit système vis écrou avec un élément élastique déformable déterminé apte à venir prendre appui contre l'une desdites surfaces d'appui, ledit élément élastique étant destiné à être déformé lorsqu'on entraîne en rotation ledit écrou par rapport à ladite tige filetée de manière à transmettre un effort axial déterminé ( Fpir ) à ladite tige filetée ; on enregistre ensuite simultanément, l'amplitude de l'angle de rotation dudit écrou par rapport à ladite tige filetée et la mesure dudit couple de forces de serrage ( Cs) correspondant, de manière à déterminer un couple de forces intermédiaire (Cpi ) correspondant audit effort axial déterminé ; et, on calcule ledit couple de forces de serrage limite ( CS| ) durant le serrage en multipliant ladite tension axiale donnée ( Fv ) par la fraction dudit couple de forces intermédiaire et dudit effort axial déterminé
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Ainsi, une caractéristique de l'invention réside d'une part dans la mise en uvre d'un élément élastique déformable dont les caractéristiques mécaniques sont parfaitement déterminées, et plus précisément la tension de réaction lorsqu'il est déformé, et d'autre part dans le calcul du couple de serrage limite correspondant à la tension axiale donnée, durant l'opération de serrage. De la sorte, lorsque l'élément élastique déformable atteint son état de déformation maximal, la réaction en tension qu'il répercute dans la tige est déterminée, et sert alors d'étalonnage pour établir le couple de forces de serrage correspondant. On augmente ainsi la précision de serrage par rapport aux méthodes de serrage traditionnelles, par exemple la méthode dite « au 5 couple », et ce à un coût avantageux. Cela permet également de dimensionner plus précisément le système vis/écrou. On observera également que la connaissance des différents éléments du facteur K essentiellement liés aux frottements, n'est nullement nécessaire. Aussi, la méthode de serrage étant indépendante de la structure des éléments de l'assemblage, il n'est plus î o nécessaire d'étalonner le système vis/écrou. Avantageusement, l'élément élastique est une rondelle ressort, et par exemple, de forme tronconique. Ces rondelles sont peu coûteuses, et leurs propriétés mécaniques sont aisément calculables.
Selon un mode de mise en œuvre particulièrement avantageux, on
15 détermine à partir des enregistrements des amplitudes d'angle et des mesures de couple de forces correspondant, la mesure du couple de forces à partir de laquelle les mesures de couple de forces croissent plus rapidement en fonction des amplitudes d'angle pour identifier ledit couple de forces intermédiaire. Dans une première phase du serrage, l'élément élastique, par exemple une rondelle
20 tronconique, se déforme jusqu'à sa déformation maximale où elle est aplatie et plaquée contre l'une des surfaces d'appui, et où elle restitue l'effort axial déterminé. Ensuite dans une seconde phase de serrage, c'est la tige qui subit intégralement les efforts de traction, et ses capacités d'élongation sont moindres que celles de la rondelle élastique. Aussi, pour un même angle de
25 mouvement de l'écrou par rapport à la tige, la progression du couple de forces sera plus importante. Le couple de forces intermédiaire mesuré est celui où la tension axiale dans la tige est égale à l'effort axial déterminé de la rondelle, et il se situe précisément entre les deux phases précitées.
Selon un mode de mise en œuvre particulièrement avantageux, on définit
30 à partir desdits enregistrements deux équations de droites des amplitudes d'angle en fonction des mesures de couple de forces de serrage et on détermine l'ordonnée de l'intersection desdttes deux équations pour extrapoler ledit couple de forces intermédiaire. Dans la première phase de serrage où le seul élément élastique se déforme, le couple croît linéairement avec l'angle de l'écrou par rapport à la tige, et l'inclinaison de la droite correspondante est celle du coefficient de raideur de l'élément élastique. Dans la seconde phase, l'élément élastique ne se déforme plus et seule la tige se déforme. Elle présente un coefficient de raideur supérieur à celui de l'élément élastique, et par conséquent, l'inclinaison de la droite correspondante est plus forte. Aussi, ledit couple de forces intermédiaire correspond théoriquement à l'intersection des deux droites.
Préférentiellement, lesdites deux équations de droite sont définies par régression linéaire, par exemple par la méthode des moindres carrés. Ainsi, durant le serrage, on détermine tout d'abord les paramètres de la première droite correspondant à la déformation élastique de l'élément déformable, puis ensuite on détermine les paramètres de la seconde droite correspondant à l'élongation de la tige. Durant la seconde phase de serrage, on calcule le couple intermédiaire le plus rapidement possible, c'est-à-dire lorsque les enregistrements des amplitudes d'angle et des mesures de couple de forces correspondant font apparaître une progression linéaire, de manière à pouvoir calculer le couple de forces de serrage limite, avant qu'il ne soit atteint.
Selon un mode particulier de réalisation, on calcule ledit couple de forces de serrage limite ( CS|) durant le serrage en multipliant en outre le produit de ladite tension axiale donnée ( Fv ) par la fraction dudit couple de forces intermédiaire et dudit effort axial déterminé ( Cpi / Fpir ), par un coefficient de structure d'élément élastique γ compris entre 0.9 et 1. Ce mode de réalisation est notamment adapté lorsqu'un équipement de freinage de l'écrou est installé pour éviter le desserrage.
De plus, on choisit préférentiellement un élément élastique déformable apte à transmettre un effort axial (Fpir) inférieur à ladite tension axiale donnée (Fv) de ladite tige filetée, de façon à ce que l'élément élastique se déforme prioritairement durant le serrage et avec une plus grande amplitude que la tige. Et plus précisément, il est avantageux pour la précision de détermination du couple intermédiaire, que l'essentielle de l'amplitude de déformation de la tige n'intervienne qu'après la déformation maximale de l'élément élastique. Selon un second aspect, la présente invention concerne un dispositif de serrage d'un ensemble vissé, ledit ensemble vissé comprenant un assemblage présentant deux surfaces d'appui opposées et un système vis/écrou comportant une tige filetée traversant ledit assemblage et présentant deux extrémités opposées débouchant respectivement dans lesdites deux surfaces d'appui et un écrou vissé à l'une desdites extrémités de ladite tige filetée tandis que l'autre desdites extrémités est équipée d'un moyen de retenue, ledit dispositif de serrage comprenant des moyens d'entraînement destiné à entraîner en rotation ledit écrou par rapport à ladite tige filetée de façon que ledit écrou puisse prendre appui à force contre l'une desdites surfaces d'appui, et des moyens de mesure pour mesurer un couple de forces de serrage dudit écrou par rapport à ladite tige filetée et pour pouvoir atteindre une valeur de couple limite correspondant à une tension axiale donnée de ladite tige filetée durant l'entraînement en rotation. Selon l'invention, le dispositif comprend en outre : une rondelle élastique déformable déterminée destinée à équiper ledit système vis écrou et à venir prendre appui contre l'une desdites surfaces d'appui, ladite rondelle élastique étant destinée à être déformée lorsqu'on entraîne en rotation ledit écrou par rapport à ladite tige filetée de manière à pouvoir transmettre un effort axial déterminé à ladite tige filetée ; des moyens d'enregistrement pour pouvoir enregistrer simultanément, l'amplitude de l'angle de rotation dudit écrou par rapport à ladite tige filetée et la mesure dudit couple de forces de serrage, de manière à déterminer un couple de forces intermédiaire correspondant audit effort axial déterminé ; et des moyens de calcul pour calculer ledit couple de forces de serrage limite durant le serrage en multipliant ladite tension axiale donnée par la fraction dudit couple de forces intermédiaire et dudit effort axial déterminé.
Ainsi qu'on l'expliquera ci-après, un tel dispositif permet de mettre en œuvre la méthode précitée.
Avantageusement, l'élément élastique est une rondelle élastique du type rondelle ressort, de forme générale tronconique. Ces rondelles élastiques sont obtenues à un coût avantageux et leurs caractéristiques sont parfaitement déterminées en fonction du matériau utilisé et de leurs dimensions. D'autres types de rondelle élastique peuvent très bien être utilisés. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la Figure 1 est une vue schématique en demi-coupe axiale d'un ensemble vissé incluant un élément du dispositif de serrage conforme à l'invention ;
- la Figure 2 est une vue schématique de détail de l'élément du dispositif de serrage illustré sur la Figure 1 ;
- la Figure 3 est une vue schématique d'ensemble incluant un autre élément du dispositif de serrage conforme à l'invention ; et,
- la Figure 4 est un graphique illustrant une étape de la méthode de serrage conforme à l'invention.
La Figure 1 illustre un ensemble vissé 10 comprenant un assemblage de deux éléments, un élément épais 12 et un élément mince 14 au moyen d'un boulon 16. Les deux éléments 12, 14 présentent un orifice 18 et sont séparés par une entretoise 20. Ils présentent en outre deux surfaces d'appui opposées, une première surface d'appui 22 sur l'élément épais 12 et une seconde surface d'appui 24 sur l'élément mince 14. Quant au boulon 16 il comprend une tige 26 d'axe de symétrie A débouchant dans les surfaces d'appui 22, 24, et présentant une première extrémité équipée d'une tête 28 et une seconde extrémité filetée 30 munie d'un écrou 32. Entre la tête 28, formant moyens de retenue, et la première surface d'appui 22, est installée coaxialement une rondelle élastique 34, tandis qu'à l'opposé entre l'écrou 32 et la seconde surface d'appui 24 est montée une rondelle plate 36. La seconde extrémité filetée 30 est ici montée vissée à travers l'écrou 32, avec une tension axiale quasi nulle dans la tige 26. La rondelle élastique 34 que l'on va décrire ci-après est alors dans un état de repos. Elle présente, près de son axe de symétrie A, un bord interne 38 en appui sous la tête 28 et écarté de son axe de symétrie A, un bord externe 40 en appui contre la première surface d'appui 22.
On se reportera sur la Figure 2, montrant en détail la rondelle élastique 34, également dénommée rondelle ressort ou encore rondelle « Belleville ». On retrouve son bord interne 38 et son bord externe 40 écarté radialement. Elle est de forme générale tronconique, et elle est déformable élastiquement sous charge selon une direction axiale, jusqu'à l'aplatissement. La déformation élastique de ces rondelles est pratiquement linéaire avec la charge. En outre, leur force de rappel élastique, dans un état aplati, est pour une rondelle élastique donnée, parfaitement définie. Ainsi, elle génère dans cet état, un effort axial déterminé Fpir. On observera qu'il existe d'autres types d'élément élastique, par exemple des rondelles ondulées deux ondes, qui peuvent également être utilisées.
On se reportera sur la Figure 3, montrant d'une part en vue axiale selon la flèche III portée sur la Figure 1 , l'écrou 32 et la seconde extrémité filetée 30 qui le traverse, et d'autre part un élément essentiel d'un dispositif de serrage conforme à l'invention, formé ici, essentiellement d'une clé dynamométrique perfectionnée 42. Le dispositif de serrage selon l'invention, comprend à la fois la rondelle élastique 34 déterminée avec ses caractéristiques mécaniques propres et la clé dynamométrique perfectionnée 42. Celle-ci, tout comme une clé plate classique, comporte un bras de levier 44 et une mâchoire 46 adaptée à venir en prise sur l'écrou 32. En outre, elle inclut dans son épaisseur, près de la mâchoire 46, une jauge de contrainte 48 constituant des moyens de mesure du couple de forces de serrage de l'écrou 32 et représentée en traits interrompus. Elle comprend également un capteur de position angulaire par rapport à la seconde extrémité de la tige filetée 30 et il n'est pas représenté. Aussi, le bras de levier 44 constitue des moyens d'entraînement permettant d'entraîner en rotation l'écrou 32 par rapport à la seconde extrémité de la tige filetée 30. Par ailleurs, la clé dynamométrique perfectionnée 42 comporte des moyens d'enregistrement 50 ou mémoire, reliés à la jauge de contrainte 38 et au capteur de position angulaire, permettant d'enregistrer simultanément l'amplitude de l'angle de rotation de l'écrou 32 par rapport à la seconde extrémité de la tige filetée 30 et la mesure du couple de forces de serrage de l'écrou 32. Elle comprend également des premiers moyens d'affichage 52 directement reliés à la jauge de contrainte 48 pour afficher le couple de forces de serrage en temps réel. Elle comporte aussi des moyens de calcul 54 gérés par un programme d'ordinateur et reliés d'une part aux moyens d'enregistrement 50 et d'autre part à des seconds moyens d'affichage 56. Avantageusement, les moyens d'enregistrement 50 et les moyens de calcul 54 sont rassemblés dans un microcontrôleur. Par ailleurs, on observera que les caractéristiques de l'élément élastique 34, et plus précisément la valeur de l'effort axial déterminé Fpir apte à être restitué lorsqu'il est aplati, est chargée dans les moyens d'enregistrement 50 afin d'être réutilisée par les moyens de calcul 54 pour le calcul d'un couple de serrage.
On va maintenant décrire en référence à la Figure 4 et alternativement aux Figures 1 et 3, la méthode de serrage objet de l'invention. La méthode de serrage vise à obtenir une tension axiale déterminée Fv dans la tige 26, et ce avec la plus grande précision possible. La valeur de cette tension axiale déterminée Fv est alors chargée dans les moyens d'enregistrement 50 pour ensuite être prise en compte, comme on l'expliquera ci-après, par les moyens de calcul 54.
L'écrou 32 et l'extrémité de la tige filetée 30 représentés sur la Figure 3 correspondent à ceux de la Figure 1 , où la rondelle élastique 34 est au repos. Le bras de levier 44 de la clé dynamométrique perfectionnée 42 représentée sur la Figure 3 est alors entraîné en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre selon la flèche H. On enregistre alors simultanément dans les moyens d'enregistrement 50, l'amplitude de l'angle de rotation a de l'écrou 32 par rapport à la seconde extrémité de la tige filetée 30 donnée par le capteur de position et la mesure du couple de forces de serrage Cs correspondant. Durant cette première phase de serrage, la rondelle élastique 34 se déforme élastiquement et tend à s'aplatir. L'accroissement du couple de serrage est alors linéaire avec l'accroissement de l'angle de rotation a, et la courbe y relative représentée sur la Figure 4, est une première portion de droite 58 de pente a, correspondant à la raideur de la rondelle élastique 34.
Lorsque la rotation du bras de levier 44 se poursuit et que la rondelle élastique 34 est plaquée contre la première surface d'appui 22 et aplatie entre cette dernière et la tête 28, c'est alors la tige 26 qui se déforme et s'étire longitudinalement de manière élastique également. En revanche, le coefficient de raideur de la tige est supérieur à celui de la rondelle élastique 34, aussi, la courbe y relative représentée également sur la Figure 4 est une seconde portion de droite 60 d'une pente a' supérieure à la pente a. Entre les deux, la rondelle élastique 34 tend à s'aplatir tandis que la tige 26 tend à être sollicitée uniquement par le rapprochement de la tête 28 et de l'écrou 32. Par conséquent, les mesures d'angle et de couples de forces ont des composantes mixtes, et la courbe s'incurve. Aussi, la valeur théorique du couple de forces intermédiaire C i où la tension axiale dans la tige 26 est égale à l'effort axial déterminé Fpir généré par la rondelle élastique 34 lorsqu'elle est plaquée, est déterminée par les coordonnées de l'intersection des deux portions de droite 58, 60.
Durant le serrage, et la rotation du bras de levier 44, les enregistrements des amplitudes d'angle et des mesures de couple de forces, stockés dans les moyens d'enregistrement 50 sont utilisés par les moyens de calcul 54 afin de déterminer, par exemple par la méthode des moindres carrés, tout d'abord les paramètres de la première portion de droite 58, puis dès qu'ils le peuvent, ceux de la seconde portion de droite 60. On comprend en effet, qu'après la zone de transition, lorsque la rondelle élastique 34 est plaquée et que la tige 26 est étirée, il est nécessaire d'accumuler un certain nombre d'enregistrements d'amplitude d'angle de mesure et de couple de forces pour retrouver un profil de courbe linéaire. Aussi, lorsque les paramètres de la seconde portion de droite 60 sont déterminés, les moyens de calcul 54 procèdent alors, tout d'abord au calcul théorique du point d'intersection entre les portions de droite 58, 60 et déterminent le couple de forces intermédiaire Cpi, ou couple de placage. Ensuite, les moyens de calcul 54 procèdent au calcul du couple de forces de serrage limite Csi, en multipliant la tension axiale donnée Fv , stockée dans les moyens d'enregistrement 50, par la fraction du couple de forces intermédiaire et de l'effort axial déterminé, également stocké dans les moyens d'enregistrement 50 : Cpi / Fpir. On considère alors que la tension axiale de la tige 26 est une fonction linéaire du couple de forces appliqué à l'écrou 32.
Ce couple de forces de serrage limite Csi est alors affiché sur les seconds moyens d'affichage 56 et peut alors être comparé en temps réel au couple de forces de serrage instantané affiché sur les premiers moyens d'affichage 52. En conséquence, l'entraînement en rotation du bras de levier 44 est stoppé dès que les valeurs de couple de forces affichées sur les premiers et seconds moyens d'affichage 52, 56 sont identiques. Bien évidemment, des moyens plus sophistiqués peuvent être installés sur la clé dynamométrique 42 pour permettre de générer un signal sonore dès lors que le couple de forces de serrage limite Csi est franchi.
Par exemple, on souhaite obtenir un ensemble vissé dont la tension axiale Fv dans la tige filetée est égale à 1400 N. L'effort axial de placage de la rondelle élastique Fpir, qui est déterminé, est de 700 N. Durant le serrage, la détermination des coordonnées de l'intersection des portions de droite fournit un couple de forces intermédiaire Cpi de 10 N.m, tandis que le mouvement angulaire a de la clé dynamométrique 42, est par exemple de 10°. Aussi, le couple de forces de serrage limite Csi s'établit à 20 N.m. Après serrage, l'angle a est par exemple de 15°.
Par ailleurs, dans certaines circonstances, non représentée, l'écrou est équipé de moyens de freinage pour pallier son desserrage. Lorsque ces moyens de freinage sont installés sur l'écrou, durant le serrage la méthode décrite ci-dessus doit être corrigée. Cette correction consiste à introduire dans le calcul du couple de forces de serrage limite C8i , un coefficient de structure d'élément élastique γ compris entre 0.8 et 1 , par exemple entre 0,9 et 1 .
On observera que la rondelle élastique 34 qui est monté entre la tête 28 et la première surface d'appui 22, peut être installée entre l'écrou 32 et la seconde surface d'appui 24 à la place de la rondelle plate 36. On notera que cette dernière ne joue aucun rôle il n'a aucun impact dans la méthode de serrage mais permet simplement de répartir les appuis de l'écrou.

Claims

REVENDICATIONS
1. Méthode de serrage d'un ensemble vissé (10) du type selon lequel, d'une part on fournit un assemblage (12, 14) présentant deux surfaces d'appui (22, 24) opposées et un système vis/écrou (16) comportant une tige filetée (26) traversant ledit assemblage et présentant deux extrémités opposées débouchant respectivement dans lesdites deux surfaces d'appui (22, 24) et un écrou (32) vissé à l'une desdites extrémités de ladite tige filetée tandis que l'autre desdites extrémités est équipée d'un moyen de retenue (28), et d'autre part on entraîne en rotation ledit écrou (32) par rapport à ladite tige filetée (26) de façon que ledit écrou prenne appui à force contre l'une desdites surfaces d'appui (24), tandis qu'on mesure un couple de forces de serrage (Cs) dudit écrou par rapport à ladite tige filetée pour pouvoir atteindre une valeur de couple limite (Csi) correspondant à une tension axiale donnée (Fv) de ladite tige filetée (26) durant l'entraînement en rotation ;
caractérisée en ce qu'elle comprend en outre les étapes suivantes :
- on équipe ledit système vis/écrou (16) avec un élément élastique (34) déformable déterminé apte à venir prendre appui contre l'une desdites surfaces d'appui (22), ledit élément élastique (34) étant destiné à être déformé lorsqu'on entraîne en rotation ledit écrou (32) par rapport à ladite tige filetée de manière à transmettre un effort axial déterminé ( Fpir ) à ladite tige filetée (26) ;
- on enregistre simultanément, l'amplitude de l'angle de rotation dudit écrou (32) par rapport à ladite tige filetée (26) et la mesure dudit couple de forces de serrage (C8) correspondant, de manière à déterminer un couple de forces intermédiaire ( Cpi ) correspondant audit effort axial déterminé (Fpir) ; et
- on calcule ledit couple de forces de serrage limite (Csi) durant le serrage en multipliant ladite tension axiale donnée (Fv) par la fraction dudit couple de forces intermédiaire et dudit effort axial déterminé ( Cpi / Fpir ) .
2. Méthode de serrage selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'on équipe ledit système vis/écrou (16) avec une rondelle élastique déformable.
3. Méthode de serrage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'on détermine à partir des enregistrements des amplitudes d'angle et des mesures de couple de forces, la mesure du couple de forces à partir de laquelle les mesures de couple de forces croissent plus rapidement en fonction des amplitudes d'angle pour identifier ledit couple de forces intermédiaire (Cpi).
4. Méthode de serrage selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'on définit à partir desdits enregistrements deux équations de droites (58, 60) des amplitudes d'angle en fonction des mesures de couple de forces de serrage et on détermine l'ordonnée de l'intersection desdites deux équations de droite pour extrapoler ledit couple de forces intermédiaire ( Cpi ).
5. Méthode de serrage selon la revendication 4, caractérisée en ce lesdites deux équations de droites (58, 60) sont définies par régression linéaire.
6. Méthode de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à
5, caractérisée en ce qu'on calcule ledit couple de forces de serrage limite ( Csi) durant le serrage en multipliant en outre le produit de ladite tension axiale donnée ( Fv ) par la fraction dudit couple de forces intermédiaire et dudit effort axial déterminé ( C i / Fpir ), par un coefficient de structure d'élément élastique γ compris entre 0.9 et 1.
7. Méthode de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à
6, caractérisée en ce qu'on choisit un élément élastique (34) déformable apte à transmettre un effort axial (Fp]r) inférieur à ladite tension axiale donnée ( Fv ) de ladite tige filetée (26).
8. Dispositif de serrage d'un ensemble vissé, ledit ensemble vissé comprenant un assemblage (12, 14) présentant deux surfaces d'appui (22, 24) opposées et un système vis/écrou (16) comportant une tige (26) filetée traversant ledit assemblage et présentant deux extrémités opposées débouchant respectivement dans lesdites deux surfaces d'appui (22, 24) et un écrou (32) vissé à l'une desdites extrémités de ladite tige filetée (26) tandis que l'autre desdites extrémités est équipée d'un moyen de retenue (28), ledit dispositif de serrage comprenant des moyens d'entraînement (44) destiné à entraîner en rotation ledit écrou (32) par rapport à ladite tige filetée (26) de façon que ledit écrou puisse prendre appui à force contre l'une desdites surfaces d'appui (22, 24), et des moyens de mesure (48) pour mesurer un couple de forces de serrage dudit écrou (32) par rapport à ladite tige filetée et pour pouvoir atteindre une valeur de couple limite (Csi) correspondant à une tension axiale donnée (Fv) de ladite tige filetée durant l'entraînement en rotation ;
caractérisé en ce qu'il comprend en outre:
- un élément élastique déformable (34) déterminé destiné à équiper ledit s système vis/écrou (16) et à venir prendre appui contre l'une desdites surfaces d'appui (22), ledit élément élastique (34) étant destiné à être déformé lorsqu'on entraîne en rotation ledit écrou (32) par rapport à ladite tige filetée (26) de manière à pouvoir transmettre un effort axial déterminé (F ir) à ladite tige filetée ;
î o - des moyens d'enregistrement (50) pour pouvoir enregistrer simultanément, l'amplitude de l'angle de rotation dudit écrou (32) par rapport à ladite tige filetée (26) et la mesure dudit couple de forces de serrage, de manière à déterminer un couple de forces intermédiaire (Cp!) correspondant audit effort axial déterminé ; et
15 - des moyens de calcul (54) pour calculer ledit couple de forces de serrage limite (Csj) durant le serrage en multipliant ladite tension axiale donnée par la fraction dudit couple de forces intermédiaire et dudit effort axial déterminé.
9. Dispositif de serrage selon la revendication 8, caractérisé en ce que 20 ledit élément élastique déformable (34) est une rondelle élastique.
10. Dispositif de serrage selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit élément élastique déformable (34) est une rondelle conique.
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