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Notion de "couple" : c’est un système de forces égales, parallèles et de sens contraire, appliqué à un élément pour le faire tourner. Le couple appliqué au serrage a pour but d’assurer une précontrainte dans l’assemblage.

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Définir

Couple de serrage = Force (F) x Distance (L) . Dans un assemblage précontraint, la vis est soumise à une tension (F0) et les pièces serrées à une compression. Les vis en acier de classe 8.8, 10.9 et 12.9 sont des éléments de fixation à utiliser en mécanique plus ou moins sollicitée. Leurs allongements de 8 à 12 % exigent des précautions d’emploi : ces vis sont à utiliser en tension de précontrainte au montage. k.PNG

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Calculez

Formule de Kellerman et Klein 
relie le couple et la précontrainte 

C0 = F0  (0.16P + μmoy (0.583 d2 + rm))

C0 Couple à appliquer à la vis
F0 Tension de précontrainte souhaitée après serrage
d2 Diamètre nominal à flanc de filet de la vis
rm Rayon moyen de surface sous tête
P
 Pas du filetage
μmoy Coefficient de frottement moyen sous tête et dans les filets

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Impact des frottements

L'impact des frottements sur la précontrainte - Lors d’un serrage au couple, une fraction très réduite de ce couple n’est en réalité traduite en précontrainte. 40 à 70 % est dispersé par frottement dans les filets et 40 à 60 % dans les frottements sous tête. Par conséquent, seulement 10 à 20 % du couple est transformé en précontrainte. Ceci implique que pour obtenir une bonne maîtrise de la tension installée dans l’assemblage, il est nécessaire de disposer de fixations avec un faible coefficient de frottement peu dispersif. Sans_titre_1.PNG

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Maîtrise.des 
frottements

Comment maîtriser les coefficients de frottement ?

Il est indispensable d’éliminer tout risque grippage entre les filets et le taraudage en contact. Le grippage peut se produire de manière inattendue et peut entraîner une incapacité de mise en tension de la vis par un serrage au couple. Il est donc nécessaire d’utiliser une lubrification au montage. Mais quelle valeur attribuer aux frottements ?

μmoy ≈ 0.10 Obtenus avec des vis phosphatées lubrifiées à l’aide d’une huile ou graisse performante
μmoy ≈ 0.15 Élément de fixation revêtu (ex : zinc électrolytique) + passivation chromique suivie d’une lubrification ; boulonnerie noire + lubrification
μmoy ≈ 0.20 Visserie zinguée et visserie noire non lubrifiée
μmoy ≈ 0.25 Visserie revêtue non lubrifiée
 

Au-dessus de μmoy ≈ 0.25 ?


Au dessus de 0.25, il est inutile d’envisager un serrage au couple, car la précontrainte ne pourra pas être obtenue de manière satisfaisante. Lorsque les frottements sont élevés, seul des assemblages de faibles précontraintes peuvent être réalisés. Les coefficients de frottements inférieurs à 0.20 avec une faible dispersion (± 0.02) ne peuvent être obtenus qu’avec une visserie de qualité : qualité des filetages (tolérances, états de surface) et qualité de l’état de surface sous tête ou sous la face d’écrou (planéité)

 

Les moyens de serrage

Lors d’un serrage, l’incertitude sur le couple appliqué est fortement impactée par le procédé de serrage. Ceci entraîne pour les outils de serrage classiques une dispersion non négligeable sur la valeur de précontrainte qui existe réellement dans l’assemblage, i.e. la précontrainte installée. À chaque outil de serrage est associé une incertitude sur le couple :
 

Clés dynamométriques ±10%
Visseuses rotatives ±
15%
Clés à choc ±25%
Clés à fourche ±40%

* Les clés dynamométriques restent des outils de serrage très précis.
Celles-ci peuvent être à lecture directe ou à déclenchement  à cliquet,
cassure ou débrayable. Les clés à choc ne permettent pas d’appliquer
un couple de serrage avec précision.

 

Précharge en fonction du couple

Capture_2.PNG

 

Exemple pour CHC Holo-Krome

Tableau des couples de serrage

 

couple_serrage.JPG
  Filetage à pas gros (mm). Précharge à 80% Re min de la classe de qualité. Cs=F0 moy×(0,16P+μmoy(0.583d2+rm))

 

Les dispersions obtenues sur la précharge/tension sont dues aux écarts observés sur les coefficients de frottement et les moyens de serrage. Lorsqu’un boulon est soumis en traction axiale, l’effort maximal Fmax installé par le serrage au couple ne doit pas dépasser 80-90 % de la limite élastique Re de la fixation. Cette dernière est déduite à partir de la classe de résistance de la vis.

On peut dire qu’en fonction du coefficient de frottement, un couple élevé peut conduire à installer une précharge faible, si le coefficient de frottement μ est élevé et inversement si ce dernier est faible. De la même manière, un procédé de serrage classique entrainera une dispersion importante sur la précontrainte. De nos jours, l’amélioration des procédés de serrage est une problématique fondamentale dans la réalisation des assemblages à partir d’éléments filetés. 

 

 

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