La connexion boulonnée est la méthode de connexion détachable la plus courante dans l'installation d'équipements mécaniques. Afin d'assurer la rigidité et la capacité d'anti-desserrage de la connexion filetée de boulon en cours d'utilisation, il est nécessaire de pré-serrer lors de l'assemblage, et comment la détermination du couple de pré-serrage devient un problème qui doit être étudié. Si le couple de précharge est trop important, la connexion échouera et s'il est trop petit, il ne répondra pas aux exigences d'utilisation appropriées. Par conséquent, la détermination du couple de serrage des boulons est devenue une question essentielle dans les travaux d'assemblage.

Analyse de la condition de contrainte d'une paire d'assemblages boulonnés

Les assemblages boulonnés sont généralement appliqués en groupes, et la méthode de transmission de force, le nombre et la disposition doivent être conçus en fonction de la structure des pièces connectées et de la charge des pièces de connexion. En général, les conditions de contrainte de l'assemblage boulonné sont les suivantes :
(1) Force axiale pure, le boulon n'est soumis qu'à une force axiale ;
(2) Force latérale, la force radiale du boulon ;
(3) Moment de rotation, tel que la connexion du boudin de roue ;
(4) Moment de renversement, également appelé moment de renversement.

Parmi eux, (1) et (4) la paire de liaisons boulonnées est sous tension, et (2) et (3) la paire de liaisons boulonnées peut être sous tension ou force de cisaillement.

Analyse du couple de serrage dans les mesures anti-desserrage des paires d'assemblages boulonnés

Il existe trois méthodes anti-desserrage couramment utilisées pour les assemblages boulonnés dans les applications d'ingénierie : l'anti-desserrage par frottement, l'anti-desserrage mécanique et l'anti-desserrage permanent. Parmi eux, l'anti-desserrage mécanique et l'anti-desserrage par frottement sont appelés anti-desserrage détachable. Dans les applications d'installation, un couple de serrage doit être appliqué. L'anti-desserrage permanent est appelé anti-desserrage non amovible, qui ne peut pas être réutilisé, il est donc moins utilisé dans les travaux d'assemblage d'équipements mécaniques.

(1) Les méthodes courantes de friction et d'anti-desserrage incluent l'utilisation de rondelles élastiques, d'écrous autobloquants et d'écrous doubles. Dans la méthode anti-desserrage de la rondelle élastique, le couple de serrage augmente le couple de compression de la rondelle élastique, mais comme la valeur du couple de compression n'est pas grande, elle est souvent ignorée dans le calcul. Dans la méthode anti-desserrage de l'écrou autobloquant, le couple de serrage est le même que celui des boulons ordinaires. Dans la méthode anti-desserrage des écrous doubles (écrous supérieurs), le couple de serrage des écrous avant et arrière doit être pris en compte.

(2) Méthodes anti-desserrage mécaniques courantes : utilisez des goupilles fendues, des joints d'arrêt et des câbles métalliques, etc. Les méthodes mécaniques utilisent principalement des structures mécaniques telles que des goupilles fendues pour empêcher les boulons de revenir. Le couple de serrage de cette méthode est le même que celui de la méthode ordinaire.

(3) Les méthodes anti-desserrage permanentes comprennent l'anti-desserrage par poinçonnage des bords, l'anti-desserrage par collage, etc. Cette méthode est généralement utilisée pour une connexion permanente et ne peut pas être démontée, mais son couple de serrage n'est pas le même que celui des méthodes ordinaires.

Pour le couple de serrage de la paire de connexions boulonnées, la méthode anti-desserrage mécanique et la méthode anti-desserrage permanente sont toutes deux un serrage à un seul écrou, et le couple de serrage est le même que celui de la connexion par boulon de tension générale. Dans la méthode de friction anti-desserrage, la rondelle élastique anti-desserrage augmente le couple de pression de la rondelle élastique sur la base du serrage d'un seul écrou lors du serrage. Lors du serrage de la méthode à double écrou, il est nécessaire de faire attention à la différence de couple de serrage des écrous avant et arrière, qui doit être traitée séparément.

Analyse et calcul de la relation entre la force axiale et le couple de serrage

Le couple de serrage est exercé par le mouvement de torsion du clé hydraulique. Le couple de torsion T du mouvement de torsion surmonte principalement le couple de résistance de filetage T1 de la paire de filetages et le couple de frottement de face d'extrémité T2 entre l'écrou et la surface de support de la pièce connectée. C'est-à-dire que la formule suivante peut être obtenue :

1
Dans la formule : T―couple de serrage ; F0—force de pré-serrage, N ;ω—angle de montée du filetage ;—angle de frottement équivalent du filetage ; d2 - diamètre du pas de filetage, mm ;

μ - le coefficient de frottement entre l'écrou et la surface d'appui du connecteur ;

Dw – le diamètre de l'écrou ou de la rondelle relié au plan de support ;

d0—le diamètre extérieur du filetage ;

d—diamètre nominal du filetage, mm ;

K – Coefficient de couple de serrage,

Par conséquent, lorsque les boulons ont la même taille, la précharge axiale des boulons est proportionnelle au couple de serrage et le facteur de proportionnalité est le coefficient de couple de serrage K.

Le calcul de la valeur du coefficient K est un processus relativement compliqué. D'une manière générale, pour les filetages grossiers ordinaires M12 ~ M64, le coefficient de couple de serrage varie généralement dans une certaine plage.

On peut considérer que lorsque le modèle de boulons, écrous, rondelles, pièces connectées et autres pièces est sélectionné, le coefficient de couple de serrage est fixé dans l'environnement de travail et l'état de fonctionnement déterminés. C'est-à-dire que dans ce cas, l'amplitude de la précharge requise détermine directement l'amplitude du couple de serrage qui doit être appliqué.

Selon la formule (1), le couple de serrage et la force de préserrage du boulon ont une relation linéaire. Par conséquent, après que le couple de serrage a été déterminé et contrôlé au début de l'opération, la valeur de la force de pré-serrage peut être calculée par des méthodes expérimentales ou théoriques. En raison de l'influence de la valeur du coefficient K, de l'incertitude du coefficient de frottement et des paramètres géométriques, sous un certain couple de serrage, la plage de variation de la valeur de la force de précharge est relativement grande. Par conséquent, la précision du contrôle de la force de pré-serrage du boulon par le couple de serrage n'est pas très élevée, et l'erreur est d'environ 25%, et le maximum peut même atteindre environ 40%.

Cela crée une contradiction : d'une part, la valeur spécifique de la force de précharge requise peut être conçue en fonction des conditions et des exigences d'application, mais d'autre part, la force de précharge requise ne peut pas être appliquée avec précision dans la réalité pour atteindre sa valeur de conception. la valeur ne peut être déterminée qu'en appliquant un certain couple de serrage. Par conséquent, la discussion suivante ne considère que la relation purement linéaire entre le couple de serrage et la précharge et ignore cette erreur.

Comment déterminer la précharge du boulon (couple de serrage)

En temps normal, un corps de raccordement à bride relié par N paires de boulons et écrous, tout en exerçant un certain effort de serrage F, génère une pression interne Fx dans le corps de raccordement. Pour ce type de raccord pour fluides avec une certaine pression interne, les quatre points suivants doivent être pris en compte lors de la conception du couple de serrage des boulons :

(1) Assurez-vous de la résistance du boulon, c'est-à-dire qu'il n'est pas permis de perdre la fonction du corps de connexion en raison de la rupture d'élasticité du boulon due à un couple de serrage excessif.

(2) Assurez-vous de la résistance du filetage et évitez qu'il ne trébuche en raison d'un couple de serrage excessif.

(3) Assurez-vous que la bride est solide et que la bride ne peut pas être endommagée en raison d'un couple de serrage excessif.

(4) Assurez-vous de la performance des joints et des rondelles et assurez-vous que la connexion n'est pas en place en raison d'un couple de serrage trop faible et que les boulons ne sont pas endommagés en raison d'un couple de serrage excessif.

Considérez la force du boulon

Il est généralement stipulé que la contrainte de précharge du raccord fileté serré ne doit pas être supérieure à 80% de sa limite d'élasticité matière σs. Pour les boulons en acier pour les assemblages généraux, les limites de précharge recommandées sont les suivantes :

Boulons en acier au carbone F0=(～)σSAS

Boulon en acier allié F0=(～)σSAS

Dans la formule : σs—la limite d'élasticité du matériau du boulon, Mpa ; As—la section transversale de contrainte nominale du boulon, mm2 ;

Pour les assemblages boulonnés importants, il doit y avoir une méthode pour contrôler et mesurer la précharge. Les méthodes couramment utilisées sont :

(1) Méthode du couple : Lorsque la clé dynamométrique est utilisée pour mesurer le couple de serrage, le coefficient de précharge Q=[1] est généralement pris, et la valeur indiquée de la clé dynamométrique doit être : M=0,2PD

(2) Méthode de l'angle de l'écrou : une fois l'écrou vissé au point de contact avec la pièce connectée, il est tourné d'un certain angle pour obtenir la force de pré-serrage requise.

(3) Méthode de pré-étirement du boulon : pré-étirez le boulon à la déformation requise en le chauffant, puis serrez l'écrou. Après refroidissement, le boulon est raccourci et la connexion est pré-serrée. Dans cette méthode, le boulon n'est pas affecté par le couple de serrage et la résistance du boulon est améliorée dans une certaine mesure, mais un dispositif de pré-déformation est nécessaire.

Cette méthode de calcul du couple de serrage, qui considère simplement la résistance des boulons, présente certaines limites. Cependant, lorsqu'il n'y a pas d'exigence d'étanchéité et que la résistance des pièces connectées est suffisamment élevée, il peut être utilisé comme couple de serrage réel, en particulier pour le serrage des boulons d'ancrage, ce qui est plus courant et approprié.

Considérez la force du fil

Le couple de serrage approprié est nécessaire pour s'assurer que les filetages peuvent être serrés sans endommager les filetages ou les écrous. Cela nécessite que le couple de serrage soit compris entre le couple de vissage et le couple limite. De nombreux facteurs affectent le couple de rotation et limitent le couple. Les facteurs les plus importants sont le type, la taille, la composition de l'écrou, la dureté, l'épaisseur, etc. du filetage.

Cependant, les dents de filetage et les autres dimensions des boulons et écrous standard sont spécifiées selon le principe de résistance et d'expérience égales. Lors de l'utilisation de pièces standard, ces pièces ne nécessitent pas de calculs de résistance. Cependant, après l'utilisation conjointe des pièces non standard ou après le changement de matériau, la résistance du filetage doit être calculée davantage pour déterminer le couple de serrage limite. La méthode de calcul de cette force de filetage se trouve dans les manuels correspondants.

Considérez la force des pièces connectées. Lors du boulonnage de brides ou d'autres connecteurs, la résistance des pièces connectées est également un facteur important à prendre en compte.

Bien entendu, cet effort de préserrage est l'effort de préserrage minimum requis par la vis, et le couple de serrage calculé est également le couple de serrage minimum. Dans une plage dimensionnelle appropriée, le couple de serrage doit prendre une valeur plus importante. Par conséquent, selon les exigences d'étanchéité les plus élémentaires, le couple de serrage minimum du boulon est obtenu.

Détermination du couple de serrage

Un couple de serrage approprié est très important pour les assemblages boulonnés. La première étape pour déterminer le couple de serrage consiste à calculer une force de précharge appropriée F. Après l'analyse ci-dessus, il peut être déterminé que la plage appropriée de F est F1~Min (F2, F3, F4, F5). Parmi eux, F1-la force de compression minimale du joint pour assurer l'étanchéité ; F2-la force de compression pour détruire le joint ou la rondelle ; F3-la force de compression pour détruire le fil ; F4-la force de pré-serrage maximale disponible pour le boulon ; F5-pour faire la La force de traction de la rupture de la surface de compression.

Compte tenu de l'utilisation de fixations standard et en ignorant le cas extrême de défaillance des pièces connectées, on peut considérer que dans l'assemblage boulonné, l'amplitude de la précharge doit être comprise entre F1 et Min (F2, F4). D'une manière générale, le couple de serrage doit prendre une valeur importante dans une plage appropriée, car plus la force axiale du boulon est élevée, meilleures sont ses performances anti-desserrage et sa résistance à la fatigue, et plus l'efficacité du boulon est élevée. Ainsi, la force de précharge la plus appropriée doit être Min (F2, F4). C'est-à-dire que dans le processus de calcul de la force de précharge, la force de compression maximale que le joint peut supporter est principalement prise en compte, et la force de compression maximale admissible du boulon est calculée en même temps, et la plus petite valeur des deux est pris.

Résumer

Dans de nombreux cas, dans le calcul du couple de serrage, seuls un ou deux cas sont souvent pris en compte, et le couple de serrage des boulons est analysé et résumé sans tenir compte de manière exhaustive d'une variété de conditions de travail différentes à partir du calcul des couples de serrage minimum et maximum. Méthode de calcul. Dans cet article, une méthode de calcul théorique plus complète du couple de serrage des boulons est obtenue par la discussion.