L’illusion de la relation linéaire entre le couple appliqué et la précontrainte dans le boulon
Lorsqu’une vis est serrée en appliquant un couple, le boulon est étiré et une force de traction dans le boulon, appelée précontrainte, est créée pour résister à cet étirement. En réponse à cette précontrainte, une force de serrage est générée sur l’assemblage – une force de serrage qui est essentielle dans de nombreux cas pour l’intégrité structurale de l’assemblage.
Étant donné que la méthode de mesure de tension de serrage est encore peu connue par les industriels, le couple fait encore malheureusement foi pour évaluer si la fixation a été suffisamment serrée. La relation entre le couple appliqué et la précontrainte dans le boulon est, pensent-ils, linéaire. C’est-à-dire que lorsqu’ils tracent la relation entre le couple et la tension, ils obtiennent une ligne droite comme illustrée dans la Figure 1.
Ainsi, pour un boulon particulier, si vous doublez le couple appliqué, vous doublerez également la précontrainte – en supposant que le matériau du boulon ne cède pas et que le filetage ne commence pas à se dégrader. Ce comportement linéaire forme la base des processus de calcul du couple. Par exemple, l’approche simple du facteur K, dans laquelle la formule (T = F x D x K) est utilisée, où T est le couple, D est le diamètre du boulon et K est le coefficient de l’écrou, également connu sous le nom de coefficient de couple.
Pour un diamètre de boulon donné et une condition de revêtement, ‘K’ est supposé constant, donc la formule est essentiellement que le couple (T) est proportionnel à la précontrainte (F). Il s’agit d’une relation linéaire entre le couple appliqué et la précontrainte. Le même raisonnement peut être appliqué à la version longue de l’équation de tension de couple qui utilise des coefficients de frottement au lieu du facteur ‘K’.
La décorrélation entre le couple et la tension
Chez TRAXX, nous avons effectué des milliers de tests de couple et de tension de serrage.
Très souvent, nous rencontrons une situation où le graphique du couple en fonction de la précontrainte n’est pas linéaire; au lieu de cela, le graphique est une courbe, comme le montre la Figure 2. Le graphique du couple en fonction de la précontrainte peut être courbé vers le haut ou vers le bas, selon les circonstances.
Dans ce cas, si le couple est doublé, la précontrainte peut être supérieure au double, comme dans le cas où la pente de la courbe diminue, ou inférieure au double, dans le cas où la pente de la courbe augmente.
Les causes des relations non-linéaires entre le couple et la tension
Le serrage par couple est une méthode imprécise et obsolète. Lorsqu’une clé dynamométrique est utilisée, seule une petite fraction du couple appliqué se traduit effectivement en précontrainte ou en force.
Environ 50 % du couple de serrage est dissipé par frottement dans les filetages et sous la tête de la vis, ce qui rend le serrage au couple notoirement imprécis. Cela implique qu’une maîtrise rigoureuse du serrage nécessite d’explorer d’autres méthodes de fixation.
Le serrage par couple présente des limites et des désavantages qui peuvent rendre d’autres méthodes de serrage plus appropriées selon les situations. Voici quelques raisons pour lesquelles le serrage par couple peut être considéré comme moins avancé par rapport au serrage en tension :
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Sensibilité aux variations de frottement : Les niveaux de frottement entre les surfaces en contact peuvent varier en fonction de divers facteurs tels que la propreté des filetages et la lubrification, rendant difficile la prédiction précise du serrage final.
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Difficulté à atteindre des tolérances très serrées : Pour des applications nécessitant une précision extrême, d’autres méthodes comme le serrage hydraulique ou la mesure de tension par ultrasons offrent une précision supérieure.
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Influence de la lubrification : L’application de lubrifiants sur les filetages peut altérer les niveaux de frottement, affectant ainsi la précision du serrage. Des variations dans l’application de lubrifiants peuvent compromettre la constance du serrage.
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Détection limitée des surtensions : Le serrage par couple est moins efficace pour détecter les surtensions, ce qui peut rendre difficile la détermination si le boulon est trop serré dans certaines situations.
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Dépendance aux spécifications du fabricant : Le serrage par couple nécessite des spécifications de serrage fournies par le fabricant, lesquelles peuvent varier d’un fabricant à l’autre, entraînant des résultats de serrage variables selon les spécifications utilisées.
Bien que largement utilisé, il est essentiel de reconnaître les limites du serrage par couple et de choisir la méthode de serrage la plus adaptée en fonction des exigences spécifiques de l’application. Les alternatives comme le serrage hydraulique, le serrage électromécanique et la mesure de tension par ultrasons peuvent être préférables dans des situations où une précision et une fiabilité extrêmes sont cruciales.
