Le guide technique du serrage - pagesperso-orange.fr

1 Le guide technique du serrageLinear Motion & Precision Technologiesguide serrage FR x dern 11/04/01 16:13 Page 1 LLes disposiCoLe serrageLe serragLe serragLe Groupe SKFLe Groupe SKF est la soci t industrielle internationale de AB SKFfond e en Su de en 1907 et implant ed ans 130 p ays . Il e mpl oi e e nvi ro n 40 000 personnes et regroupe plus de80 usines travers le activit commerciale est soutenuepar pr s de 20 000 distributeurs agr est le leader mondial du roulement. Copyright SKF 2001 Reproduction, m me partielle, interditesans autorisation. Les erreurs ouomissions qui auraient pu se glisserdans ce catalogue, malgr le soinapport sa r alisation, n engagentpas la responsabilit de SKF. SKF ser serve le droit de modifier les produitssans notification pr alable. Pour toutprobl me technique , n h sitez pas contacter catalogues ant rieurs, dont lesdonn es diff rent de celles reprisesici, ne sont plus nous r servons le droit d apporterd ventuelles modifications renduesn cessaires par l volution technologiquedes n TSI 1101 AFAvril 2001 Imprim en FranceSKF Linear Motion &Precision TechnologiesSKF Linear Motion & PrecisionTechnologies est une division du groupeSKF qui fabrique, vend et assure leservice pour les vis roulement,les syst mes de guidage lin aire,les v rins lectriques et autrescomposants et quipements commercialisation des produits estr alis e par ses 15 soci t s de venteimplant es en Europe, Am rique dunord et au Japon et par le r seauxinternational SKF pour les autres plus.

2 Vous pourrez toujours b n ficierdans le monde entier de notre savoir-faire et de la disponibilit des produitsau travers du r seau commercial de laDivision Roulements de t s de ventesp cialis es Linear Motion& Precision Te c h n o l o g i e sSoci t s de vente SKFR oulements avecvendeurs Linear MotionUnit s de fabricationguide serrage FR x dern 11/04/01 16:20 Page 2 Introduction4 Les m thodes traditionnelles de serrage7Le serrage au couple7Le serrage par longation thermique12Le serrage par traction m canique12Le serrage par traction hydraulique13Pr sentation13 Les ava n t ages du serrage par traction hy d r a u l i q u e14 Les dispositifs de contr le du serrage par traction hy d r a u l i q u e16 Analyse technique du serrage19 Comparaison entre un serrage au coupleet un serrage au tendeur hydraulique26Le serrage d un assembl age ex i s t a n t26La conception d un assembl age nouveau34Le serrage simultan par traction hydraulique37Le serrage simultan de 100 % des boulons de l assembl age37Le serrage simultan de 50 % des boulons de l assembl age38Le serrage simultan de 25 % des boulons de l assembl age39 Conclusion42guide serrage FR x dern 11/04/01 16:10 Page 3 Les assemblages boulonn s sont sans doute les syst mesde liaison les plus utilis s en m les mettre en uvre, on utilise : d une part, des l ments de visserie.

3 - vis plus crou- goujon implant plus crou- goujon plus deux crous, un chaque extr mit du goujonCes l ments peuvent comporter des rondelles de divers types(figure 1a, ci-dessous). d autre part, des moyens de serrage dont l tude faitjustement l objet du pr sent la suite du texte, nous utiliserons le terme g n rique b o u l o n qui recouvre les trois types de visseriementionn s leur simplicit apparente, les assemblagesboulonn s posent de nombreux probl mes au concepteur,au monteur et au charg de font encore trop souvent l objet de m thodesde calcul rudimentaires. Cela conduit leur surdimensionnement sans garantir pour autantla s curit n cessaire. Bien au conception et la mise en uvre d un assemblageboulonn n cessitent une m thodologie rigoureusecar des erreurs peuvent provoquer des d faillancesaux cons quences extr mement lourdes, souventtr s co teuses et parfois nombreuses tudes montrent que les incidents rencontr s sur les assemblages boulonn s sont,dans la majorit des cas, dus aux mauvaises conditionsdans lesquelles les assemblages ont t d finis (analyse,conception, calculs, choix des composants) ou mis en uvre (m thode de serrage , outillage, contr le).

4 On sait que parmi les diff rentes causes de d faillances(surcharge, d faut de conception, d faut de ),la plus fr quente est un d faut de serrage , insuffisant, excessif ou h t rog ne,repr sente lui seul 30 % des d particuli rement, en ce qui concerne les incidents defatigue, 45 % d entre eux sont dus un d faut de montage(figure 1b, ci-dessous).4 IntroductionVis plus crouGoujon implant plus crouGoujon plus deux crousFigure 1b: Principales causes de d faillances des assemblages boulonn s en fatigueFigure 1aguide serrage FR x dern 11/04/01 16:10 Page 4 Bien serrer un boulon consiste utiliser au mieuxses propri t s boulon qui travaille dans de bonnes conditionsse comporte comme un v ritable serrage introduit en effet une pr charge axiale de tension est bien videmment gale et oppos e la compression qui s exerce sur la structure serr e,nous l appellerons : e ffort de serrage .L e ffort de serrage est destin principalement,selon les applications, :- assurer la rigidit du montage et lui permettre de supporterles sollicitations ext rieures de traction, compression,flexion et cisaillement- garantir et maintenir une tanch it - viter le travail au cisaillement des boulons- r sister aux effets de desserrage spontan - r duire l influence des sollicitations dynamiques externessur la fatigue de la boulonnerie.

5 (figure 2 ci-dessus)Tout cela videmment, en s assurant que les pi cesconcern es boulonnerie et pi ces assembl es travaillent en de de leur limite serrage est optimum quand le boulon n est ni tropni trop peu serr . C est une vidence qu il n est pas inutilede rappeler !Une d faillance du boulon peut se produire aussi bien etm me plus souvent quand celui-ci n est pas assez serr que lorsqu il est trop serr .La ma trise des assemblages boulonn esIl est fondamental de ma triser parfaitement le niveau de l eff o r tde serrage et la pr cision avec laquelle il est atteint afin d assurer les performances requises pour l assemblageb o u l o n n .Cette ma trise du serrage permet, d s la conception de l assemblage, d utiliser au mieux les caract ristiques m caniquesde la boulonnerie (figures 3 et 4, ci-dessous et p. 6).5 tanch it CisaillementDesserragespontan SollicitationsdynamiquesSerrage non ma tris :assemblagesurdimensionn serrage ma tris :optimisationde l assemblageFigure 2 Figure 3 TractionCompressionDans ce guide technique du serrage ainsi que dans le catalogue Tendeurs de boulons Hydrocam - Syst mesde serrage industriels , les bureaux d tudes trouveront les informations th oriques et pratiques pour optimiserla conception des assemblages boulonn s et les op rationnels les indications pour ma triser le serrage FR x dern 11/04/01 16.

6 10 Page 56 Les boulons sont le plus souvent en a c i e r, comme tous les m taux, se comportecomme un ressort (au moins dans le domaine lastique), il ob it la loi de on applique un effort de tractionau boulon comme pour une prouvette detraction, on peut observer le graphique mode de serrage doit s assurer que lacontrainte dans la vis ou le goujon ne d passejamais le point A (limite lastique), m me apr sserrage quand on applique en service les forcesext rieures sur l ristiques m caniques de la boulonnerieQuand on parle de mat riaux, il faut consid rer les caract ristiques suivantes : E : module d lasticit longitudinale ou module d Young :o : F = effort S = section L= longueur L= longation : coefficient de Poisson ou taux de contraction lat rale :pour l acier : 0,27/0,30pour l aluminium : 0,33/0,36pour le caoutchouc : 0,49(le moins compressible de tous les solides)pour les liquides : 0,5 (presque incompressible)pour le li ge : 0,0x (tr s compressible)K : coefficient de compression unifo r m e(pour comparaison avec les liquides) :pour les liquides : kg0G : module d lasticit transversale ou module de cisaillement :pour l acier : 77000/82000 MPaRm : limite de ruptureRe : limite lastiqueA : % allongement au moment de la ruptureFigure 4E=F L= F L= LS LS L L( L= = F )LE S Epour l acier E : 200 000/ 210 000 MPa = d Ld LK=d V= 3 ( 1 - 2 )d PEG= E2 ( 1 + ) guide serrage FR x dern 11/04/01 16:10 Page 6Il existe plusieurs m thodes de serrage qui sont toutesautant diff rentes dans leur principe que dans la qualit du serrage qu elles les plus connues et les plus utilis serrage au coupleC est incontestablement la m thode de serrage la plusr pandue.

7 Quand le diam tre des boulons ne d passepas 30 mm, elle pr sente l avantage d une simplicit demise en uvre. Mais, malgr les d veloppements th oriques etles exp rimentations dont elle a fait l objet, cette m thodepr sente intrins quement de nombreux inconv nients :Caract ristiques du serrage au coupleUne grande impr cision de l effort de serrageLe r sultat du serrage final d pend en effet des coeff i c i e n t sde frottement au niveau des filets crou/vis et au niveaudu contact r, dans la pratique, il est impossible de bien ma triserces param , pour un m me couple nominal vis , la dispersiondans la tension finale de serrage du boulon pourra sesituer entre 20 % dans les meilleurs cas et 60 % dansles cas extr mes (tableau figure 5, ci-dessous).Cette grande dispersion est due la combinaison de troisph nom nes :- l impr cision sur le couple de serrage appliqu qui peutvarier de 5 % 50 % selon l outil utilis (tableau figure 6, p. 8)- les d fauts g om triques et les tats de surface despi ces assembl es et de la boulonnerie- la lubrification des surfaces en introduction de contraintes parasitesde torsionLa m thode de serrage au couple provoque dans le boulon,en plus de la contrainte axiale de traction recherch e,l apparition d une contrainte de torsion p a r a s i t e dont le niveau peut atteindre plus de 30 % de la contraintede contrainte r sultante quivalente dans le boulon (crit rede Von Mises ou crit re de Tresca) est ainsi fortementaugment e et peut d passer la limite lastique du mat riaualors que la valeur de la contrainte de traction elle seulereste situ e dans des limites acceptables (figure 7a, ).

8 De plus, cette contrainte r siduelle de torsion pr senteun autre inconv nient : elle peut faciliter le desserrageintempestif en autre part, le couple tant le plus souvent appliqu demani re asym trique, il y a m me de la faible niveau permet souvent de la n gliger, mais,dans les cas limites, il convient d en tenir m thodes traditionnelles de serrage =F0max.:Coefficient d'incertitude de 5 : Pr cision de l effort de serrage en fonction du moyen utilis pour appliquer le couple(Source : extrait de la norme NF E 25-030 reproduit avec l autorisation de l AFNOR.)Moyen de serrage Cl dynamom trique Visseuse rotative avec talonnage p riodiquesur le montage (mesure d allongement de la visou mesure la cl dynamom trique du couplede serrage ) Cl chocs avec adaptation de rigidit et talon-nage p riodique sur le montage(au moins aux mesures la cl dynamom triquedu couple de serrage par lot) Cl main Cl chocs sans talonnagePr cisionsur la pr charge 20 % 40 % 60 % 1,52,547guide serrage FR x dern 11/04/01 16:10 Page 78(Source : extrait de la norme NF E 25-030 reproduit avec l autorisation de l AFNOR.)

9 Figure 6 : Dispersion du couple de serrage en usage industrielClassede pr cisiondu couplede serrageD 20 % 50 %C 10 % 20 %B 5 % 10 %A< 5 %Manuel portatifCl s dynamom triques d clenchement simple(voir E 74-325)Cl s dynamom triques d clenchement r ar-mement automatiqueCl s dynamom triques lecture directe c a d r a nCl s dynamom triques l e c t r o n i q u e sCl s renvoi d angle d c l e n c h e m e n tVisseuses simples calage pneumatique Visseuses simples calage lectriqueCl s chocs nergieemmagasin e (barre detorsion ou autre proc -d )Cl s renvoi d angle c a l a g eCl s chocs simplesVisseuses crabotsMotoris portatifMat rielMotoris fixeUtilisation 50 Nm 50 NmMoteurs pneumatiquess i m p l e sVisseuses hydrauliquesMoteurs pneumatiques contr le de couple Moteurs pulsationsVisseuses lectriquesMoteurs deux vitessesMoteurs asservis lec-troniquement sans limitation 400 Nmsans limitationsans limitation- 800 Nm 2 000 Nm 80 Nmsans limitationsans limitation 10 Nm 10 Nm 10 Nm 20 Nm 400 Nmsans limitationguide serrage FR x dern 11/04/01 16:10 Page 8 Une d t rioration des tats de surfaceLe frottement des pi ces sous des efforts importantsprovoque des d t riorations des surfaces encontact : filets vis/ crou et faces crou/structure serr d un prochain serrage , cette d t rioration des surfaces,entra nera une augmentation des forces de frottementet, de ce fait, une plus grande impr cision sur la tension,finale de serrage (figure 8a, ).

10 Des difficult s de desserrageIl est souvent beaucoup plus difficile de desserrer unboulon serr au couple que de le serrer. La d gradationdes surfaces d j voqu e et les probl mesde corrosion imposent souvent la mise en uvre d uncouple de desserrage tr s lev qui peut parfoisprovoquer des d t riorations de l' boulons de grandes dimensions posent d autres probl mesQuand le couple de serrage d passe 1 000 Nm,il est n cessaire d avoir recours des cl s chocs,des multiplicateurs de couple m caniques oudes cl s hydrauliques (figures 9a et 9b, ).Ces moyens de serrage permettent d exercer le couplede serrage requis. Mais le premier, en particulier, alt renotablement la pr cision. Seul le troisi me peut apporterune certaine am lioration de la pr cision. Cela, conditionde proc der avec pr caution et d utiliser un outil de qualit .De plus, quand il n est pas possible de disposerd une surlongueur du boulon au-dessus de l crou ou bienquand le rapport longueur boulon sur diam tre est tr sr duit ( 1,5), une cl hydraulique de qualit pr senteun certain int r serrage simultan est rarement possibleAvec la m thode du serrage au couple, il n est en g n ralpas possible de proc der au serrage simultan de plusieurs, et encore moins de la totalit , des boulonsd un on utilise des cl s hydrauliques, on peutth oriquement proc der au serrage de plusieurs boulonsen m me temps, mais le nombre reste limit pour desraisons d encombrement et de complexit de mise en u v r e.