60317216 guide technique du serrage

Le guide technique du serrage

Linear Motion & Precision Technologies

guide serrage FR x dern 11/04/01 16:13 Page 1

LLes disposi

Co

Le serrageLe serragLe serrag

Le Groupe SKFLe Groupe SKF est la socitindustrielle internationale de AB SKFfonde en Sude en 1907 et implantedans 130 pays. Il emploie environ 40 000 personnes et regroupe plus de80 usines travers le monde.Son activit commerciale est soutenuepar prs de 20 000 distributeurs agrs.SKF est le leader mondial du roulement.

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Publication n TSI 1101 AFAvril 2001Imprim en France

SKF Linear Motion &Precision TechnologiesSKF Linear Motion & PrecisionTechnologies est une division du groupeSKF qui fabrique, vend et assure leservice pour les vis roulement,les systmes de guidage linaire,les vrins lectriques et autrescomposants et quipements industriels.La commercialisation des produits estralise par ses 15 socits de venteimplantes en Europe, Amrique dunord et au Japon et par le rseauxinternational SKF pour les autres pays.De plus, vous pourrez toujours bnficierdans le monde entier de notre savoir-faire et de la disponibilit des produitsau travers du rseau commercial de laDivision Roulements de SKF.

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Socits de ventespcialises Linear Motion& Precision Te c h n o l o g i e s

Socits de vente SKFRoulements avecvendeurs Linear Motion

Units de fabrication


Introduction 4

Les mthodes traditionnelles de serrage 7Le serrage au couple 7

Le serrage par longation thermique 12Le serrage par traction mcanique 12

Le serrage par traction hydraulique 13Prsentation 13

Les ava n t ages du serrage par traction hy d r a u l i q u e 14Les dispositifs de contrle du serrage par traction hy d r a u l i q u e 16

Analyse technique du serrage 19

Comparaison entre un serrage au coupleet un serrage au tendeur hydraulique 26

Le serrage dun assembl age ex i s t a n t 26La conception dun assembl age nouveau 34

Le serrage simultanpar traction hydraulique 37

Le serrage simultan de 100 % des boulons de lassembl age 37Le serrage simultan de 50 % des boulons de lassembl age 38Le serrage simultan de 25 % des boulons de lassembl age 39

Conclusion 42


Les assemblages boulonns sont sans doute les systmesde liaison les plus utiliss en mcanique.Pour les mettre en uvre, on utilise : dune part, des lments de visserie :

- vis plus crou- goujon implant plus crou- goujon plus deux crous, un chaque extrmit du goujon

Ces lments peuvent comporter des rondelles de divers types(figure 1a, ci-dessous). dautre part, des moyens de serrage dont ltude fait

justement lobjet du prsent guide.Dans la suite du texte, nous utiliserons le terme gnrique b o u l o n qui recouvre les trois types de visseriementionns ci-dessus.Malgr leur simplicit apparente, les assemblagesboulonns posent de nombreux problmes au concepteur,au monteur et au charg de maintenance.Ils font encore trop souvent lobjet de mthodesde calcul rudimentaires. Cela conduit leur surdimensionnement sans garantir pour autantla scurit ncessaire. Bien au contraire

La conception et la mise en uvre dun assemblageboulonn ncessitent une mthodologie rigoureusecar des erreurs peuvent provoquer des dfaillancesaux consquences extrmement lourdes, souventtrs coteuses et parfois dramatiques.De nombreuses tudes montrent que les incidents rencontrs sur les assemblages boulonns sont,dans la majorit des cas, dus aux mauvaises conditionsdans lesquelles les assemblages ont t dfinis (analyse,conception, calculs, choix des composants) ou mis enuvre (mthode de serrage, outillage, contrle).On sait que parmi les diffrentes causes de dfaillances(surcharge, dfaut de conception, dfaut de fabrication...),la plus frquente est un dfaut de montage.Le serrage, insuffisant, excessif ou htrogne,reprsente lui seul 30 % des dfaillances.Plus particulirement, en ce qui concerne les incidents defatigue, 45 % dentre eux sont dus un dfaut de montage(figure 1b, ci-dessous).

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Introduction

Vis plus crou Goujon implant plus crou Goujon plus deux crous

Figure 1b : Principales causes de dfaillances des assemblages boulonns en fatigue

Figure 1a


Bien serrer un boulon consiste utiliser au mieuxses proprits lastiques.Un boulon qui travaille dans de bonnes conditionsse comporte comme un vritable ressort.Le serrage introduit en effet une prcharge axiale de tension.Cette tension est bien videmment gale et oppose la compression qui sexerce sur la structure serre,nous lappellerons : e ffort de serrage .

L e ffort de serrage est destin principalement,selon les applications, :- assurer la rigidit du montage et lui permettre de supporter

les sollicitations extrieures de traction, compression,flexion et cisaillement

- garantir et maintenir une tanchit- viter le travail au cisaillement des boulons- rsister aux effets de desserrage spontan- rduire linfluence des sollicitations dynamiques externes

sur la fatigue de la boulonnerie.(figure 2 ci-dessus)

Tout cela videmment, en sassurant que les picesconcernes boulonnerie et pices assembles travaillent en de de leur limite lastique.

Le serrage est optimum quand le boulon nest ni tropni trop peu serr. Cest une vidence quil nest pas inutilede rappeler !

Une dfaillance du boulon peut se produire aussi bien etmme plus souvent quand celui-ci nest pas assez serrque lorsquil est trop serr.

La matrise des assemblages boulonnesIl est fondamental de matriser parfaitement le niveau de leff o r tde serrage et la prcision avec laquelle il est atteint afin dassurer les performances requises pour lassemblageb o u l o n n .Cette matrise du serrage permet, ds la conception de lassemblage, dutiliser au mieux les caractristiques mcaniquesde la boulonnerie (figures 3 et 4, ci-dessous et p. 6).

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tanchit Cisaillement Desserragespontan

Sollicitationsdynamiques

Serrage non matris :assemblagesurdimensionn

Serrage matris :optimisationde lassemblage

Figure 2

Figure 3

TractionCompression

Dans ce Guide technique du serrage ainsi que dans le catalogue Tendeurs de boulons Hydrocam - Systmesde serrage industriels , les bureaux dtudes trouveront les informations thoriques et pratiques pour optimiserla conception des assemblages boulonns et les oprationnels les indications pour matriser le serrage.


6Les boulons sont le plus souvent en acier.L a c i e r, comme tous les mtaux, se comportecomme un ressort (au moins dans le domainelastique), il obit la loi de Hooke.

Quand on applique un effort de tractionau boulon comme pour une prouvette detraction, on peut observer le graphique ci-contre.

Tout mode de serrage doit sassurer que lacontrainte dans la vis ou le goujon ne dpassejamais le point A (limite lastique), mme aprsserrage quand on applique en service les forcesextrieures sur lassemblage.

Caractristiques mcaniques de la boulonnerie

Quand on parle de matriaux, il faut considrer les caractristiques suivantes :

E : module dlasticit longitudinale ou module dYoung :

o : F = effort S = section L = longueur L = longation

: coefficient de Poisson ou taux de contraction latrale :

pour lacier : 0,27/0,30pour laluminium : 0,33/0,36pour le caoutchouc : 0,49(le moins compressible de tous les solides)pour les liquides : 0,5 (presque incompressible)pour le lige : 0,0x (trs compressible)

K : coefficient de compression unifo r m e (pour comparaison avec les liquides) :

pour les liquides : k g 0

G : module dlasticit transversale ou module de cisaillement :

pour lacier : 77000/82000 MPa

Rm : limite de rupture

Re : limite lastique

A : % allongement au moment de la ruptureFigure 4

E = F L = F L = LS L S L L

(L = = F )L E S E

pour lacier E : 200 000/210 000 MPa

= d Ld L

K = d V = 3 ( 1 - 2)d P E

G = E2 ( 1 +)


Il existe plusieurs mthodes de serrage qui sont toutesautant diffrentes dans leur principe que dans la qualitdu serrage quelles procurent.Examinons les plus connues et les plus utilises.

Le serrage au coupleCest incontestablement la mthode de serrage la plusrpandue. Quand le diamtre des boulons ne dpassepas 30 mm, elle prsente lavantage dune simplicit demise en uvre. Mais, malgr les dveloppements thoriques etles exprimentations dont elle a fait lobjet, cette mthodeprsente intrinsquement de nombreux inconvnients :

Caractristiques du serrage au coupleUne grande imprcision de leffort de serrageLe rsultat du serrage final dpend en effet des coeff i c i e n t sde frottement au niveau des filets crou/vis et au niveaudu contact crou/surface.O r, dans la pratique, il est impossible de bien matriserces paramtres.Ainsi, pour un mme couple nominal vis, la dispersiondans la tension finale de serrage du boulon pourra sesituer entre 20 % dans les meilleurs cas et 60 % dansles cas extrmes (tableau figure 5, ci-dessous).

Cette grande dispersion est due la combinaison de troisphnomnes :- limprcision sur le couple de serrage appliqu qui peut

varier de 5 % 50 % selon loutil utilis(tableau figure 6, p. 8)

- les dfauts gomtriques et les tats de surface despices assembles et de la boulonnerie

- la lubrification des surfaces en contact.

Lintroduction de contraintes parasitesde torsionLa mthode de serrage au couple provoque dans le boulon,en plus de la contrainte axiale de traction recherche,lapparition dune contrainte de torsion p a r a s i t e dont le niveau peut atteindre plus de 30 % de la contraintede traction.La contrainte rsultante quivalente dans le boulon (critrede Von Mises ou critre de Tresca) est ainsi fortementaugmente et peut dpasser la limite lastique du matriaualors que la valeur de la contrainte de traction elle seulereste situe dans des limites acceptables (figure 7a, p.9).De plus, cette contrainte rsiduelle de torsion prsenteun autre inconvnient : elle peut faciliter le desserrageintempestif en fonctionnement.Dautre part, le couple tant le plus souvent appliqu demanire asymtrique, il y a mme de la flexion.Son faible niveau permet souvent de la ngliger, mais,dans les cas limites, il convient den tenir compte.

Les mthodes traditionnelles de serrage

= F0 max. : Coefficient d'incertitude de serrageF0 min.Figure 5 : Prcision de leffort de serrage en fonction du moyen utilis pour appliquer le couple

(Source : extrait de la norme NF E 25-030 reproduit avec lautorisation de lAFNOR.)

Moyen de serrage

Cl dynamomtrique Visseuse rotative avec talonnage priodique

sur le montage (mesure dallongement de la visou mesure la cl dynamomtrique du couplede serrage)

Cl chocs avec adaptation de rigidit et talon-nage priodique sur le montage(au moins aux mesures la cl dynamomtriquedu couple de serrage par lot)

Cl main Cl chocs sans talonnage

Prcisionsur la prcharge

20 %

40 %

60 %

1,5

2,5

4

7


8(Source : extrait de la norme NF E 25-030 reproduit avec lautorisation de lAFNOR.)

Figure 6 : Dispersion du couple de serrage en usage industriel

Classede prcision

du couplede serrage

D 20 % 50 %

C 10 % 20 %

B 5 % 10 %

A< 5 %

Manuel portatif

Cls dynamomtriques dclenchement simple(voir E 74-325)

Cls dynamomtriques dclenchement rar-mement automatique

Cls dynamomtriques lecture directe c a d r a n

Cls dynamomtriques l e c t r o n i q u e s

Cls renvoi dangle d c l e n c h e m e n t

Visseuses simples calage pneumatique

Visseuses simples calage lectriqueCls chocs nergieemmagasine (barre detorsion ou autre proc-d )Cls renvoi dangle c a l a g e

Cls chocs simples

Visseuses crabots

Motoris portatif

Matriel

Motoris fixeUtilisation

50 Nm

50 Nm

Moteurs pneumatiquess i m p l e s

Visseuses hydrauliques

Moteurs pneumatiques contrle de couple Moteurs pulsations

Visseuses lectriques

Moteurs deux vitesses

Moteurs asservis lec-troniquement

sans limitation

400 Nm

sans limitation

sans limitation

-

800 Nm

2 000 Nm

80 Nm

sans limitation

sans limitation

10 Nm

10 Nm

10 Nm

20 Nm

400 Nm

sans limitation


Une dtrioration des tats de surfaceLe frottement des pices sous des efforts importantsprovoque des dtriorations des surfaces encontact : filets vis/crou et faces crou/structure serre.Lors dun prochain serrage, cette dtrioration des surfaces,entranera une augmentation des forces de frottementet, de ce fait, une plus grande imprcision sur la tension,finale de serrage (figure 8a, p.10).

Des difficults de desserrageIl est souvent beaucoup plus difficile de desserrer unboulon serr au couple que de le serrer. La dgradationdes surfaces dj voque et les problmesde corrosion imposent souvent la mise en uvre duncouple de desserrage trs lev qui peut parfoisprovoquer des dtriorations de l'assemblage.

Les boulons de grandes dimensions posent dautres problmesQuand le couple de serrage dpasse 1 000 Nm,il est ncessaire davoir recours des cls chocs,des multiplicateurs de couple mcaniques oudes cls hydrauliques (figures 9a et 9b, p.10).

Ces moyens de serrage permettent dexercer le couplede serrage requis. Mais le premier, en particulier, altrenotablement la prcision. Seul le troisime peut apporterune certaine amlioration de la prcision. Cela, conditionde procder avec prcaution et dutiliser un outil de qualit.De plus, quand il nest pas possible de disposerdune surlongueur du boulon au-dessus de lcrou ou bienquand le rapport longueur boulon sur diamtre est trsrduit ( 1,5), une cl hydraulique de qualit prsenteun certain intrt.

Le serrage simultan est rarement possibleAvec la mthode du serrage au couple, il nest en gnralpas possible de procder au serrage simultande plusieurs, et encore moins de la totalit, des boulonsdun assemblage.Quand on utilise des cls hydrauliques, on peutthoriquement procder au serrage de plusieurs boulonsen mme temps, mais le nombre reste limit pour desraisons dencombrement et de complexit de mise en u v r e .

Les problmes dimprcision dj voqus ne sont paspour autant limins.

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Figure 7a

Le serrage au couple soumet le boulon une contraintede torsion parasite


Les dispositifs de contrledu serrage au coupleIl est toujours possible de rduire la dispersion sur leff o r tde tension de serrage. Le niveau de prcision dpendrade la mthode de contrle utilise et des prcautions demise en uvre.Mais, quel que soit le moyen de contrle utilis, il fautgarder en mmoire quavec le serrage au couple lacontrainte quivalente restera toujours leve causede la contrainte de torsion p a r a s i t e .

Le contrle du coupleCest le contrle le plus simple. Mais nous avons vu que,mme quand la prcision de mesure du couple est bonne,il demeure une grande incertitude sur la tension finale deserrage du boulon.

Le serrage langleCette mthode comprend deux temps : on appliquedabord lcrou du boulon un couple lgrement infrieurau couple nominal thorique et on lui impose ensuite unangle de rotation prcis.La dispersion sur leffort de tension est ainsi un peudiminue, mais lincertitude reste importante et on risquemme daugmenter sensiblement la contrainte de torsion p a r a s i t e .

Le contrle dlongationLamlioration au niveau de la prcision est plus sensiblesi on procde des contrles de llongation du goujon.Plusieurs techniques peuvent ainsi tre utilises :

Mthode de la pige moletteUne pige visse dans le milieu du goujon est pourvue danssa partie suprieure dune molette de contrle du serrage.

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Figure 9a : Multiplicateur de couple Figure 9b : Cl hydraulique

Figure 8a : Le serrage au couple entrane une dtrio-ration des surfaces des lments de l'assemblage.Les montages et dmontages successifs accentuent ce phnomne.

Figure 8b : Avec le serrage par tendeur hydraulique,l'intgrit de tous les lments de l'assemblage estprserve.Cette intgrit est maintenue, quel que soit lenombre de montages et dmontages.


Ds que llongation du boulon correspondant au jeu initialentre la tte de pige et la molette est atteinte, la moletteest bloque en rotation et donne loprateur lindicationque le serrage est ralis. Cette mthode prsente quelques inconvnients :- il y a un surcot cause des pices complmentaires

et du perage du boulon en son milieu- le boulon est aff a i b l i- un talonnage pralable est ncessaire- la prcision reste alatoire, en particulier cause de la

trs grande sensibilit aux tolrances de ralisation.

Mesure par comparateur ou capteur dlongation inductif LVDTLe boulon est perc en son milieu sur toute sa longueurpour recevoir une pige de mesure. Cest la variationde distance entre le sommet de la pige et celui du boulonqui est mesure.Cette mthode est plus prcise que la prcdente, maiselle prsente le mme type dinconvnients :- il y a un surcot cause des pices complmentaires

et du perage du boulon en son milieu- le boulon est aff a i b l i- un talonnage pralable est ncessaire.

Mthode des ultrasons (US)Elle consiste mesurer le temps de trajet aller/retour duneonde ultrasonore le long de laxe longitudinal du boulon.Le boulon nest pas perc mais il doit tre de grande qualitet un talonnage pralable trs prcis est ncessaire.La mise en uvre ncessite un personnel qualifi. Des progrs constants rendent cette mthode de plus enplus intressante, en particulier pour la visserie de petitedimension (diamtre infrieur 20 mm).Mthode des jauges de contrainteLes jauges de contrainte sont gnralement colles sur lecorps du boulon et connectes un pont de We s t o n .La variation du signal mesur correspond la variationdlongation du boulon pralablement talonn.Il sagit l dune mthode de laboratoire quil est excludutiliser dans le cas dun serrage industriel.

En conclusion, on peut dire que les dispositifs de contrlecomments ci-dessus sont dautant plus coteux quilsdonnent une meilleure prcision, et leur mise en uvrepeut tre longue et ncessiter du personnel spcialis.De plus, cest en gnral la variation dlongationdu goujon qui est mesure et non pas directement leff o r tde serrage de lassemblage.

La rondelle de mesure (figure 10, ci-dessus)Elle prsente un avantage diffrentiel majeur par rapportaux autres dispositifs de contrle puisquelle mesuredirectement leffort de serrage. La rondelle de mesure est une rondelle instrumentequi se place sous lcrou de serrage. Il est vivementrecommand dinterposer entre celle-ci et lcrouune rondelle classique pour viter sa dtriorationpar les frottements importants au serrage et au desserage.Elle agit comme un capteur de force.La prcision est bonne et la mise en uvre est aise.Pour le serrage au couple, tant donn queles forces de frottement varient dans des proportionsimportantes, si on recherche une bonne prcisiondans le serrage final, il est indispensable de munir chaqueboulon de lassemblage de cette rondelle de mesure.De plus, cette mthode permet facilement de mesureret denregistrer, priodiquement ou en permanence, leff o r tde tension dans le boulon, que lassemblage soit au reposou en service.

Comment passer du serrageau couple au serrage par tendeurhydrauliqueLa pratique du serrage au tendeur hydraulique ncessite laconnaissance de leffort rsiduel ncessaire dans le boulon.O r, lors dun serrage au couple, seul le couple estprconis, il est gnralement donn en newton - mtre( N m ) . La formule thorique suivante permet de connatre,en premire approximation, la force de tension rsiduelle(Fo) dans le boulon lorsquun couple de serrageest appliqu. Cette formule est tablie en considrant lesfrottements des filets et ceux de la face dappui de lcrou.

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Figure 10 : La rondelle de mesure


Fo =

T : couple de serragep : pas du filetage1 : coefficient de frottement des filets boulon/crou2 : coefficient de frottement face crou/face dappuid2 : diamtre moyen du boulonrm : rayon moyen de la face dappui de lcrouLe chapitre Comparaison entre un serrage au couple etun serrage au tendeur hydraulique donne une illustrationpratique de lapplication de cette formule.

Le serragepar longation thermiqueCette mthode consiste chauffer le boulon laide dunecanne chauffante et provoquer ainsi son allongement pardilatation thermique. Il suffit ensuite daccoster lcrou deserrage sans effort de couple particulier.Bien que cette mthode autorise thoriquement le serragesimultan, elle prsente elle aussi de nombreux inconvnients :- Dabord, les boulons doivent tre percs au centre sur

toute la longueur pour permettre la mise en place de lacanne chauff a n t e .

- Ensuite, la mise en uvre ncessite des moyens dec h a u ffage, de contrle de temprature et de manipulationqui peuvent tre importants, surtout pour le serrages i m u l t a n .

- Enfin, lopration est longue puisque ce nest quaprsrefroidissement que lon peut connatre la valeur de latension rsiduelle dans le boulon ( condition davoirprvu les moyens pour la mesurer).

Le cycle consiste donc : chauff e r, accoster lcrou,attendre le refroidissement uniforme de lassemblage etm e s u r e r. Il est systmatiquement ncessaire dajuster leniveau de serrage en reproduisant ce cycle plusieurs fois.Bien souvent la temprature atteindre pour obtenir llon-gation voulue est trop leve et risquerait dentraner unemodification des caractristiques mcaniques de la matire.Par consquent, llongation thermique ntant pass u ffisante, il faut lui superposer un serrage au couple,contrl par mesure de langle impos lcrou.Le serrage par longation thermique est en fait assez peu utilis. Les quelques applications connues concernent lesboulons de grande dimension (diamtre suprieur 100 mm).

Comment passer du serrage parlongation thermique au serragepar tendeur hydrauliqueLa pratique du serrage au tendeur hydraulique ncessite,nous lavons vu, la connaissance de leffort rsiduelncessaire dans le boulon. Or les donnes techniquesconnues pour raliser le serrage par canne chauffante sont gnralement : llvation de temprature (t )et langle de rotation effectuer sur lcrou lorsquela temprature est atteinte. Llongation thermique dpenddu coefficient de dilatation () du matriau, et llongationprovenant du serrage au couple est une fonction directe de

la rotation de lcrou et du pas. La formule thoriquesuivante permet de connatre, en premire approximation,la force de tension rsiduelle (Fo) dans le boulon lorsquecette technique est employe.

Fo =

: angle de rotation de lcrout : lvation de temprature : c o e fficient de dilatation thermique du matriau du boulonp pas de filetageS : section du boulonl : longueur serre du boulonE : module dlasticit (module dYoung) du matriau du

b o u l o n

Le serragepar traction mcaniqueCest une mthode qui permet dexercer directement sur leboulon un effort de tension (figure 11, ci-dessous).En gnral, le corps de lcrou est muni dune srie de visde pousse implante autour du filetage intrieur. Ces visqui sappuient soit directement sur la face de lorgane s e r r e r, soit sur une rondelle intermdiaire sont visses aufur et mesure par de nombreuses passes avec un couplede vissage rduit. Elles assurent ainsi la mise en tensiondu boulon.La mesure de la tension est le plus souvent ralise par undes moyens de contrle dlongation dj cits.Bien que cette mthode prsente lavantage dliminerla contrainte de torsion dans le boulon, elle a aussi denombreux inconvnients :- Le serrage simultan nest pas raisonnablement possible,

seul un serrage progressif et laborieux dun boulon lautre est envisageable. Il sagit dun serragep s e u d o - s i m u l t a n .

- Il est indispensable de prvoir un moyen de mesurecomplmentaire tel que la mesure dlongationou la mise en place dune rondelle de mesure deff o r t .

- Ensuite, le prix des crous est plus lev puisquils sonten gnral de dimensions importantes et doivent tremunis de lensemble des vis de pression.

- Enfin, lopration est longue tant donn que le vissagedes vis est en gnral effectu la main en plusieursp a s s e s .

Le serrage par traction mcanique est donc assez peu utilis.

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Figure 11 : Le serrage par traction mcanique

T0,16 p + 1 0,582 d2 + 2 rm

p S El

S E t +


PrsentationCest la mthode de serrage mise en uvre laide destendeurs hydrauliques S K F H Y D R O C A M (figure 12a, c i - d e s s u s ).Le boulon serrer, qui doit tre pourvu dune surlongueurau niveau de lcrou, est mis sous tension froid laidedun vrin hydraulique annulaire qui exerce sur celui-ciuniquement un effort de traction. Lcrou de serrage librde toute contrainte est accost pratiquement sans effort deserrage et, en consquence, il ne transmet aucun coupleau boulon.Lorsque la pression dans le vrin est relche, leff o r thydraulique du vrin est en grande partie transfr surlcrou accost ; le serrage est eff e c t u (figure 12b, p.15).

Afin daugmenter la prcision du serrage, il est recommandde procder un double accostage.En effet, la premire opration daccostage permet decompenser les jeux, les asprits et dtablir un quilibredes efforts au sein de lassemblage. La deuximeopration daccostage permet essentiellement dobtenirla prcision souhaite sur la force rsiduelle de tensiondu boulon.Ce double accostage consiste simplement rpter lesphases 3, 4 et 5 schmatises (figure 12b, p.15).Cest cette mthode, utilise dans les rgles de lart,qui permet le mieux datteindre les critres de qualitdun bon serrage lists dans lintroduction.

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Le serrage par traction hydraulique

Figure 12a : Tendeur hydraulique SKF HYDROCAM


Les avantages du serragepar traction hydrauliquePas de contrainte de torsionLe serrage par traction hydraulique nintroduit aucunecontrainte de torsion ou de flexion p a r a s i t e dans la boulonnerie (figure 7b, ci-dessous).

Grande prcisionIl est prcis puisque le paramtre le plus importantqui est la force de traction est rigoureusement contrl parlintermdiaire de la pression hydraulique dalimentation duvrin. La force nest pas tributaire des diffrents coeff i c i e n t sde frottement au niveau de lassemblage. Seul le couplemis en uvre pour laccostage peut introduire uneincertitude mais, dune part, son influence est du secondordre par le principe mme et, dautre part, grce desprcautions lmentaires lies aux rgles de lart, il estpossible dobtenir une certaine homognit danslopration daccostage.Enfin, il faut tenir compte du rapport Fh/Fo ( e ff o r thydraulique / effort rsiduel aprs relchement de la pression)qui sera explicit par la suite (page 25). La connaissance dece rapport est importante, des moyens existent pour lobteniravec prcision pour chaque assemblage.

Mise en uvre facileSa mise en uvre est aise et rapide et aucun eff o r tmusculaire nest ncessaire mme pour les boulonsde trs gros diamtre. Les risques lis loprationet la pnibilit du travail sont aussi trs fortement rduits.

Large gamme de diamtresIl sapplique une trs large gamme de diamtres de visou de goujons : de 5 500 mm !

Diversit des matriauxDes boulons en INOX, titane, matriaux compositespeuvent tre trs facilement serrs au tendeur hydraulique.

Aucune dtrioration des picesIl prserve lintgrit de tous les lments de lassemblage,puisque les contraintes internes sont matrises et quil nya pas de frottement de surface sous forte pressionde contact (figure 8b, p.10).

Opration de desserrage aiseLe desserrage est extrmement facile eff e c t u e r, leff o r thydraulique ncessaire est en gnral peine plus de 1 %suprieur leffort hydraulique initial de serrage.

Serrage simultan possibleLa mthode de serrage par tendeur H Y D R O C A M p e r m e tun serrage simultan de plusieurs ou de la totalit desboulons de lassemblage. Cela apporte :- une homognit de serrage de lensemble des boulons

de lassemblage- une mise en uvre simple- une dure dintervention rduite

(cf. chapitre Le serrage simultan par tractionh y d r a u l i q u e , p. 37).

Automatisation possibleLes oprations de serrage et de desserrage peuvent tretotalement automatises pour permettre :- une optimisation de la simultanit des oprations- une plus grande prcision de serrage- une plus grande homognit du serrage- une dure dopration encore plus rduite- un allgement des conditions de travail des oprateurs

dans le cas daccessibilit difficile - un pilotage distance :

le personnel peut piloter toutes les squencesde serrage ou de desserrage depuis une zonescurise. Pour la plus grande partiedes oprations, le personnel est ainsi loigndes risques lis lenvironnement tels querayonnements ionisants, fortes pressions, fortes tempratures, bruit important, risques de rupture depices avoisinantes

Figure 7b1 4


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1 - La cl d'accostage est place autour de l'crou,et le tendeur hydraulique vient coiffer le boulon.

3 - Aprs raccordement hydraulique, le tendeur hydraulique,grce la mise en pression, dveloppe sur le boulonl ' e ffort de traction requis.

5 - Puis la pression est relche et le piston est repouss.L ' e ffort de serrage est alors exerc par la tension dub o u l o n .

2 - Le tirant est viss sur l'extrmit dpassantedu boulon.

4 - Pendant que la pression est maintenue, l'crou estaccost sans effort l'aide de la cl et de la broche.

6 - Le tendeur et la cl peuvent tre retirs.

Figure 12b : Comment fonctionne un tendeur hydraulique HYDROCAM


Les dispositifs de contrledu serrage par tractionhydrauliqueLe serrage hydraulique se prte lutilisation de diff r e n t e smthodes de contrle, selon le niveau de prcision requispar lassemblage.

Contrle de la pression hydrauliqueUn contrle prcis de la pression mise en uvrepour assurer leffort de tension permet, condition davoirdtermin le rapport Fh/Fo, dobtenir un niveaude prcision du serrage final de lordre de 8 10 %bien souvent acceptable.

Mthode de la remonte en pression Aprs avoir ralis un premier serrage par monteen pression, accostage de lcrou et relchement de lapression, on procde une nouvelle mise en pression duvrin de traction tout en relevant lvolution de la pressionen fonction du dplacement du sommet du boulon. Grceau changement de pente de la courbe, il est ainsi possiblede trouver la valeur du serrage rsiduel (figure 13, ci-dessus).Cette mthode permet damliorer la connaissance del e ffort rsiduel.Le niveau de prcision du serrage final peut tre de lordrede 5 8 %.

Mesure dlongationCette mesure peut tre ralise laide dune des mthodesdj dcrites : comparateur, capteur dlongation inductifLV D T (figure 14, ci-dessus) ou ultrasons (figure 15, ci-dessus).Dans le cas de lutilisation de capteurs prcis et avec unegoujonnerie de prcision et convenablement talonne,le niveau de prcision peut tre trs bon : de 1 5 %.

Bien entendu, le cot est dautant plus lev que la prcision,vise est grande.

La rondelle de mesureLa mthode, dj dcrite prcdemment pour le cas duserrage au couple, sadapte parfaitement lutilisation dutendeur et permet un contrle direct trs prcis de leff o r tde tension rsiduel du boulon (figure 16 , ci-contre).Cette rondelle est particulirement utile quand on veut fairedu contrle priodique ou continu.Contrairement au serrage au couple, mme quandune grande prcision de serrage est requise, compte tenude la reproductibilit du serrage par traction hydraulique,il nest pas ncessaire dquiper tous les boulons dunmme montage de rondelle de mesure. Une sur 2, sur 3,sur 4, sur 8... selon le montage et les exigences, peut suffire. La prcision sur leffort rsiduel est en gnral de lordre de 5 %.Elle peut tre rduite 2 %, pour des pices de grandequalit et des assemblages de prcision.De plus, il est inutile d'interposer entre la rondelle demesure et l'crou une rondelle c l a s s i q u e puisqu'il n'ya pas de frottement de surface.

1 6

Figure 13 : Mesure du dplacementde la tte du boulon l'aided'un comparateur

Figure 14 : Mesure de l'longationdu boulon l'aide d'un capteurinductif LVDT

Figure 15 : Mesure de l'longationdu boulon l'aide d'un capteur ultrasons


Figure 16


La mthode de serrage par traction hydraulique permetdonc de situer avec prcision le niveau de la contraintede serrage par rapport la limite lastique du matriau.Et si le boulon est assez long, on peut ainsi sapprocher decette limite en toute scurit sans risquer de la dpasser.

Cela est trs important pour la qualit de lassemblagepuisque, contrairement aux ides reues, les tudesmontrent que plus la contrainte de serrage dun boulonest proche de la limite lastique :- meilleure est la tenue de lassemblage- plus grande est la dure de vie du boulon sous eff o r t s

c y c l i q u e s (figure 17, ci-dessous).

La matrise des contraintes dans le boulon permetds la conception doptimiser le choix des matriauxet le dimensionnement.

Par rapport aux mthodes traditionnelles utilisantun couple de serrage, avec le tendeur hydrauliqueil est possible de rduire les dimensions de lassemblageet/ou le nombre des vis ou goujons.Il en dcoule trois avantages majeurs :- une rduction des encombrements- une rduction du poids- une rduction des cots.

(Source : document CETIM Assemblages visss conception et montage . Reproduit avec l'autorisation du CETIM.)1 8

Figure 17 : Influence du taux de serrage dun boulon sur sa tenue en dynamique


1 9

Quand nous effectuons un serrage avec toute mthode,par exemple sur lassemblage de la figure 18, ci-contre,nous ralisons en fait une traction dans le boulon relativement trs lastique et une compressiondes pices de structure relativement trs rigides .On voit ainsi (figure 19, ci-dessous) que la pentede la droite D1 correspondant au boulon est faibleet (figure 20, p. 20) que la pente de la droite D2correspondant la structure est forte.Les droites D1 et D2 peuvent tre traces sur un mmegraphique (figure 21b, p. 20) sur lequel leffort finalde serrage Fo correspond lintersection des deux droites.L e ffort de tension dans le boulon est bien sr galen valeur absolue et oppos en signe leffort decompression sur la structure (figure 21a, p. 20).Lallongement du boulon est B et la compression de lastructure est S .

Analyse technique du serrage

Langle dpend de la nature du matriau du boulon et du rapport L/d (cf. figure 28, p. 25)Figure 19 : Courbe dallongement du boulon

Boulon trs lastique

Boulon trs raide

Figure 18 : Exemple dassemblage boulonn


Figure 21a : Assemblage serr la prcharge Fo

Figure 21b : Graphique de serraged'un assemblage boulonn

2 0

Ds que lon applique un effort extrieur FE de traction surlassemblage, on vient augmenter la tension du boulonnon pas de FE mais seulement de F1 puisque la force decompression de la structure diminue de F2, on a :FE = F1 + F2 (figure 22a1, p. 21).On voit sur les graphiques que ce nest pas la totalit del e ffort extrieur qui sexerce sur le boulon, mais une partie,s e u l e m e n t (figures 22a2 et 23, p. 21 et p. 22).Pour un effort extrieur de compression FE, le diagrammede la figure 22a2, p. 21 est remplac par le diagrammede la figure 22b, p. 22.La valeur de leffort F1 peut tre calcule en fonction de laraideur du boulon RB et de la raideur de la structure RS,on a ainsi :F1 = FE RB/( RB + RS)Si leffort de serrage est insuffisant par rapport leff o r te x t r i e u r, il y a perte de serrage entre les pices(figures 24 et 25, p. 23).Dautre part, en cas dun effort extrieur cyclique, onremarque sur les graphiques des figures 26 et 27, p. 24que leffort altern rellement support par le boulonest trs rduit, or on sait quen matire de fatigue la valeurde la composante alterne de leffort subi par une picea une trs grande importance (figure 17, p. 18).

Figure 20 : Courbe de compression de la structure


2 1

Figure 22a1 : Assemblage serr la prcharge Fo et subissant un effort de traction extrieur FEF1 : augmentation de la tension du boulonF2 : diminution de la force de compression sur la structure.

Figure 22a2 : Graphique montrant l'influence d'un effort extrieur de traction FEsur un assemblage boulonn avec une prcharge de Fo


2 2

Figure 22b : Lapplication dun effort extrieur de compression FE sur lassemblage provoque une rduction de la tension du boulon et une augmentation de la dformation en compression de la structure

Figure 23 : Autre graphique permettant de montrer la relation entre l'effort total exerc sur le boulon et l'effort extrieur appliqu l'assemblage


2 3

Figure 24 : Quand leffort de serrage est insuffisant par rapport leffort extrieur,il y a perte de serrage entre les pices

Figure 25 : Effort appliqu sur le boulon quand l'effort extrieur de tractionest trop important par rapport au serrage


Figure 26 : Diagramme de leffort sur le boulon dans le cas dun effort extrieur cyclique

Figure 27 : Cas de leffort cyclique : relation entre leffort total exerc sur le boulon et leffort de traction extrieur appliqu lassemblage

2 4


2 5

Figure 28 : volution du rapport Fh/Fo en fonction du rapport L/d pour les acierscouramment utiliss en boulonnerie

Rapport L/d, rapport Fh/Fo pour le serragehydrauliqueOn peut ainsi remarquer que plus la raideur du boulon estfaible par rapport celle de la structure plus la part deff o r textrieur prise par le boulon est faible.Il y a donc toujours intrt utiliser des boulons dont lerapport longueur sur diamtre (L/d) est grand, puisque laraideur dans ce cas est plus faible.Ce rapport (L/d) est dailleurs aussi le paramtre principaldont dpend le rapport entre leffort rsiduel finalde serrage Fo et leffort hydraulique Fh mettre en uvrepour lobtenir (figure 28, ci-dessous).On voit que plus le rapport L/d est grand plus le rapportFh/Fo est rduit, l'intrt davoir un rapport L/d grand estdonc double.

Dans le cas o le rapport L/d est trs rduit ( 1,5), leff o r thydraulique mettre en jeu pour obtenir le serrage finalpeut atteindre une valeur trs leve par rapport la limitelastique du matriau. Lutilisation dune cl couplede trs bonne qualit peut ventuellement constituerune solution acceptable.Cependant, dans ce cas, le choix entre les deux modes deserrage dpendra aussi des autres paramtres lis lapplication et en particulier la prcision et lhomognitde serrage requises, laccessibilit, la ncessit doprerun serrage simultan,...

Limite suprieure : filetages pas grosLimite infrieure : filetages pas fins


La comparaison sera faite dans deux cas : serragedun assemblage existant et conception dun nouvelassemblage, compte tenu du mode de serrage prvu.

Le serragedun assemblage existantPrenons pour cette comparaison lexemple du serrage dedeux brides de diamtre extrieur 600 mm, assemblespar 16 boulons M20 x 2,5 rpartis sur un diamtre de500 mm (figure 18, p. 19).Pour chaque boulon, la longueur serre est denviron200 mm, soit un rapport longueur sur diamtre L/d = 10,trs courant en mcanique.Le filetage de pas 2,5 des boulons est conforme austandard ISO et le matriau est de classe 10-9.

Lavantage du choix dune telle dimension de boulon pourla comparaison est que le serrage au couple par une cldynamomtrique manuelle peut tre mis en uvre sanstrop de difficult (couple < 700 Nm).Bien entendu, le serrage au tendeur hydraulique est ralisencore plus facilement.L a figure 29, ci-dessous donne les dimensions du filetageM20 x 2,5 ISO :d = 20 mm d2 = 18,376 mm d3 = 16,933 mmde q = 17,655 mm As = 244,5 mm2

Pour les calculs, la vis est assimile une tige pleine dediamtre quivalent de q et de section As.

Comparaison entre un serrage au coupleet un serrage au tendeur hydraulique

2 6

Figure 29 : Dimensions du filetage M20 x 2,5 ISO


2 7Figure 30

Rfrence tendeur

Dimensions Systme des boulons mtrique(M x pas)

(IN) - Systme nombre de filets imprialpar pouce

Pression maxi. (MPa)(psi)

Section hydraulique (cm2)(in2)

E ffort hydraulique maxi. (kN)(lbf)

Course piston (mm)

D (mm)H (mm)H1 (mm)D1 (mm)D2 (mm)

A (mm)U (mm)

X (mm)

Y (mm)

Z (mm)Masse tendeur complet (kg)

HTA 20

M 20 x 2,5M 22 x 2,5M 24 x 3M 27 x 3

3/4 - 107/8 - 91 - 8

15021756

203,10

30067443

8

86

100

30

74

56

26

38424652

138142146152

56575962

44,5

3

HTA 35

M 27 x 3M 30 x 3,5M 33 x 3,5M 36 x 4

1 - 81 1/8 - 71 1/4 - 71 3/4 - 6

15021756

355,43

525118025

8

109

116

40

97

73

31

52576369

168173179185

73,576,57981

56

4,8

HTA 60

M 42 x 4,5M 45 x 4,5M 48 x 5M 52 x 5

1 1/2 - 61 3/4 - 52 - 4 1/2

15021756

609,30

900202328

8

137

140

54

133

102

40

80869299

220226232239

91929496

69,5

9

HTA 50

M 36 x 4M 39 x 4M 42 x 4,5M 45 x 4,5

1 3/8 - 61 1/2 - 61 3/4 - 5

15021756

507,75

750168606

8

128

128

49

116

90

38

69748086

197202208214

919497

100

65,5

7,5

HTA 90

M 45 x 4,5M 48 x 5M 52 x 5M 56 x 5,5M 60 x 5,5

1 3/4 - 52 - 4 1/22 1/4 - 4 1/2

15021756

9013,95

1 3 5 0303492

8

166

154

65

154

114

42

869299

107114

240246253261268

119122124,5127,5130,5

84,5

15,3

HTA 130

M 60 x 5,5M 64 x 6M 68 x 6M 72 x 6M 76 x 6

2 1/2 - 42 3/4 - 43 - 4

15021756

13020,15

1 950438377

8

198

179

82

187

137

50

114122130137145

293301309316324

147150153155,5158,5

101

25

HTA 160

M 72 x 6M 76 x 6M 80 x 6

2 3/4 - 43 - 43 1/4 - 4

15021756

16024,80

2 400539541

10

215

190

86

203

145

50

137145152

327335342

163,5166,5169,5

109

31

HTA 200

M 80 x 6M 85 x 6M 90 x 6M 95 x 6M 100 x 6

3 1/4 - 43 1/2 - 43 3/4 - 4

15021756

20031,00

3 000674426

10

244

203

106

232

180

60

152162171181190

355365374384393

184,5187,5193196202

124

39

HTA 250

M 100 x 6M 110 x 6M 120 x 6M 125 x 6

3 3/4 - 44 - 44 1/4 - 44 1/2 - 4 4 3/4 - 4

15021756

25038,75

3 750843032

10

284

235

131

272

223

73

190209228238

425444463473

222227,5236242

144

54

HTA 310

M 125 x 6M 130 x 6M 140 x 6M 150 x 6

5 - 45 1/4 - 45 1/2 - 45 3/4 - 4

15021756

31048,05

4 6501045360

10

325

268

156

313

260

86

238247266285

506515534553

262,5265274280

164,5

75

HTALe polyvalent

Cette page est extraite du catalogue SKF Tendeurs de boulons H Y D R O C A M Systmes de serrage industriels qui prsente lagamme complte des tendeurs H Y D R O C A M et leurs applications industrielles.


On sait galement que le matriau dun boulon de classe10-9 prsente les caractristiques principales suivantes : rsistance la traction :

Rm x 1 000 MPa limite dlasticit 0,2 % :

R e ( 0 . 2 % ) x 900 MPaOn se fixe pour impratif de ne pas avoir de contraintedans le boulon qui soit suprieure 90 % de la limitelastique 0,2 % du matriau soit : m a x i = 0,9 Re = 810 MPaL e ffort maximal admissible sur notre boulon sera ainsi :Fm a x i = 0,9 Re Assoit : Fm a x i = 198 000 N

Le serrage par tendeur hydrauliqueExaminons dabord le serrage par tendeurhydraulique. Au sein de la gamme standard des tendeurs (voir le catalogue gnral SKF HYDROCAM), nous choisissons letendeur HTA 20 qui est adapt au boulon concern(figure 30, p. 27).

Facteurs de dispersion dans le serrage hydraulique Analysons dabord les diffrents facteurs de dispersionet leur niveau que lon peut rencontrer avec le tendeurh y d r a u l i q u e .

Dispersion lie aux dimensions et tolrances de laboulonnerie et de lassemblageLa figure 28, p. 25 permet de trouver quel sera leff o r thydraulique mettre en uvre.Nous voyons que pour un rapport L/d = 10, le rapportFh/Fo entre leffort hydraulique ncessaire Fh et leff o r trsiduel final de serrage Fo se situe dune faon gnraleentre les valeurs 1,10 et 1,20, soit : 1,15 4,5 %.Mais, en fait, le graphique indique une variation gnrale(pour L/d = 10 : 4,5 %) prenant en compte les diff r e n t stypes de montages, de formes et de caractristiquesde pices, en particulier des filetages, que lon peutrencontrer le plus souvent en mcanique.Nous savons par exprience que sur un mme assemblagele rapport Fh/Fo variera de moins de 2 % pour un serrageunitaire, car seuls les tolrances dimensionnelles, lesdfauts gomtriques et les carts dans les caractristiquesdes matriaux sur une mme pice ou sur un mme lot depices sont prendre en compte.Nous retenons donc 1,15 comme valeur moyenne,1,18 comme valeur maximale et 1,12 comme valeurm i n i m a l e .

Dispersion sur leffort hydrauliqueLa dispersion sur leffort hydraulique dpend dune partdu tendeur lui-mme et dautre part de la prcision sur lapression hydraulique.Les tendeurs SKF HYDROCAM ont un excellentrendement (98 % 1 %).Donc la dispersion sur le tendeur choisi nest que de 1 %. La dispersion sur la pression est en gnral de 2 %, elle dpend de la justesse du moyen de mesure(manomtre ou capteur) et de la prcision de lecture parl o p r a t e u r.Au total, la prcision sur leffort hydraulique sera de 3 %.Nous avons choisi de ne pas dpasser dans tous les casun effort maximal sur le boulon de Fm a x i = 198 000 N(pour ne pas excder une contrainte de maxi = 810 MPa).

Nous limitons donc leffort hydraulique maximal la mmevaleur :F hm a x i = 198 000 N

Compte tenu de la dispersion h y d r a u l i q u e , leff o r thydraulique minimal sera :F hm i n i = 198 0 0 0 / 1 , 0 6soit : Fhm i n i = 186 800 N

Et ainsi, nous obtenons leffort hydraulique moyen viser : F hm = (Fhm a x i+ Fhm i n i)/2 = 192 400 N

Le tendeur SKF HYDROCAM HTA 20 ayant une surfacesous pression de 20 cm2, la pression mettre en uvresera, en tenant compte du rendement (g98 %), de 98 MPa.

Dispersion sur laccostage de lcrou serrerLaccostage de lcrou, sil est fait manuellement, peutentraner une dispersion sur le serrage final de 3 %.Les diffrentes prcautions, simples, prendre pour limiterla dispersion sur laccostage, sont expliques dans le catalogue gnral SKF HYDROCAM.Pour lexemple trait, nous prenons une dispersionde 3 % sur laccostage.

2 8


2 9

Consquence des dispersions sur leffort final de serrageNous pouvons maintenant voir la consquence desdispersions sur leffort de serrage rsiduel final.

L e ffort de serrage est maximal quand leffort hydrauliqueest maximal, laccostage est en haut de la plageet le rapport Fh/Fo est minimal.L e ffort maximal de serrage sera donc :F om a x i = 182 000 N ( 1 9 8 000 x 1,03/1,12)

L e ffort de serrage est au minimum quand leffort hydrau-lique est minimal, laccostage est en bas de fourchette et lerapport Fh/Fo est maximal.L e ffort minimal de serrage sera donc :F om i n i = 154 000 N ( 1 8 6 800 x 0,97/1,18)

La valeur moyenne de leffort de serrage sera :F om = (Fom a x i + Fom i n i)/2 = 168 000 N

Fo = 168 000 N 8,5 %(figure 31, ci-dessus)Nous voyons que nous sommes bien dans la plagede tolrance prcdemment indique pour une utilisation c l a s s i q u e de tendeur, sans moyen de mesurecomplmentaire particulier.

Avec de lhabitude, il est parfaitement possible de raliserbeaucoup mieux sur un mme assemblage : 6 %et mme moins.

Effort extrieur maximal sur lassemblageMaintenant que notre assemblage a t convenablementserr avec le tendeur hydraulique, voyons quel eff o r tde traction extrieur maximal il peut supporter sansque leffort total sur un boulon dpasse la valeur limite quelon sest fixe :Fm a x i = 198 000 NPour cela, il nous faut dabord connatre les raideurs duboulon et de la structure.

Avec les dimensions dj dfinies, on peut calculer laraideur du boulon :RB = AS E/L = 244,5 x 210 000/200 = 256 700 N/mm

En ce qui concerne la raideur de la structure, nous savonsque dans le domaine de la mcanique, elle est souventgale 5 10 fois celle du boulon.On prendra un coefficient 8, donc : RS = 2 000 000 N/mm

On a vu prcdemment que, dans le cas dun effort ext-rieur FE, seulement une partie F1 de celui-ci vientsappliquer sur le boulon :F1 = FE RB/( RB + RS)

Figure 31 : Graphique du serrage avec tendeur hydrauliquedun boulon M20 x 2,5 de longueur 200 mm


On peut donc parfaitement calculer leffort extrieurmaximal que chaque boulon de notre assemblage serr laide du tendeur hydraulique peut supporter sans dpasserla limite de 810 MPa que nous avons fixe. Ainsi, la force totale maximale qui sexerce sur le boulonne doit pas tre suprieure la valeur dj indique : Fm a x i = 198 000 NLa force totale maximale que supporte le boulon devra tre :FTm a x i = Fom a x i + F1 = Fomaxi + FE RB/( RB + RS)

La valeur maximale autorise pour FE peut donc trecalcule :FE = (Ftmaxi - Fomaxi) (RB + RS)/RBFE = 140 000 N (figure 31, p. 29)

Soit un effort extrieur total sur notre assemblage dfinipage 26 de : 16 x 140 000 = 2 2 4 0 000 N

Nous supposons une rpartition uniforme de cet effort surlensemble des boulons.Et nous avons la certitude que les boulons t r a v a i l l e r o n t tous presque de la mme faon avec des taux decontrainte trs voisins. Il y a une grande homognit.En revanche, il est bien vident que pour des valeurssuprieures de leffort extrieur il y a risque dedpassement de la limite de scurit que nous avonschoisie pour la boulonnerie.

Le serrage au coupleProcdons maintenant au serrage au couple.Nous choisissons dutiliser une cl dynamomtriquemanuelle calibre.

Facteurs de dispersion dans le serrage au couple Voyons l aussi quels sont les diffrents facteursde dispersion et leur niveau.

Dispersion dans le couple exerc par la clUne cl dynamomtrique calibre telle que celle que nousavons choisie a en gnral une dispersion sur le couplede : 5 %.Il est cependant bon de rappeler que le plus souvent pourles quipements de serrage au couple couramment utilissla dispersion est bien suprieure cette valeur.

Dispersion lie aux tolrances de la boulonnerie et de lassemblageCette dispersion est surtout due aux tolrancesdimensionnelles, aux dfauts gomtriqueset aux variations dans les caractristiques des matriaux.tant donn quil ny a pas de facteur Fh/Fo, son influenceest plus faible que pour le tendeur hydraulique,on peut estimer quelle est de lordre de : 1%.

Dispersion sur les coefficients de frottementDeux coefficients de frottement entrent en jeu dans leserrage au couple :t h = c o e fficient de frottement au niveau des filets

crou/goujon ou vis f l = c o e fficient de frottement de la face de lcrou sur la

s t r u c t u r eAinsi, pour les aciers et sur un mme lot de pices,le premier se situe en gnral entre0,08 et 0,12 (0,10 20 %)et le second peut varier de0,10 0,15 (0,125 20 %).

Analyse des composantes du couple de serrageLe couple de serrage TT appliqu par la cl permettrade vaincre deux couples rsistants :- le couple rsistant au niveau des filets Tt h (cest ce couple-l

qui provoque la torsion du boulon figure 7a, p. 9) .- le couple rsistant au niveau de la face de contact

de lcrou Tf lOn a donc : TT = Tt h + Tf l

Les formules gnralement admises pour la valeurde ces couples sont :Tt h = T t h + T t h = F (p/2pi) + F (1 rr)et Tf l = F (2 rm)avec p = pas du filetage (2,5 pour M20)

1 / 2pi = 0,16t h = coefficient de frottement des filetsf l = coefficient de frottement de la face crou d2 = diamtre moyen des filets (18,376 pour M20)rr = 0,583 d2 = rayon moyen du filetrm = rayon moyen de contact face crou

(13 pour crou M20)F = effort de tension de serrage

On peut donc crire :Tt h = T t h + T t h = F (0,16 p) + F (t h 0,583 d2)Tf l = F (f l rm)

En fait, seule la partie T t h du couple TT sert llongationdu goujon, les autres couples sont en quelque sortedes couples p a r a s i t e s .

Nous cherchons obtenir la mme valeur de leffort moyenque pour le serrage avec le tendeur hydraulique :F om = 168 000 N

Couple de serrageCalculons le couple moyen ncessaire pour obtenir cete ffort moyen.Le couple moyen rsistant au niveau des filets est :Tth m = 1 6 8 000 x (0,16 x 2,5) + 168 000 x (0,10 x 0,583 x 18,376)Tth m = 67 200 + 180 000 = 247 200 Nmm

3 0


3 1

Le couple moyen rsistant au niveau de la face de lcrouest :

Tfl m = 168 000 x (0,125 x 13)Tfl m = 273 000 NmmLe couple moyen appliquer sera donc :TT m = Tth m + Tfl m = 5 2 0 200 Nmm

520,2 Nm52,02 daNm

dont seulement 67 200 Nm (soit 13 %) servent rellementau serrage !Compte tenu du niveau de prcision dj cit de notre outilde serrage, le couple rellement appliqu se situera defaon alatoire entre les deux valeurs suivantes :TT m i n i = 520 200 x 0,95 = 494 190 NmmTT m a x i = 520 200 x 1,05 = 546 210 Nmm

Consquence des dispersions sur leffort de serrageLes efforts de tension minimaux et maximaux correspon-dants sur le boulon seront :Fm i n i = TT m i ni /(0,16 x 2,5 + th maxi 0,583 d2 + fl maxi 1 3 )Fm i n i = 494 1 9 0/(0,16 x 2,5 + 0,12 x 0,583 x 18,376 + 0,15 x 13)Fm i n i = 135 930 N

Fm a x i = TT m a xi/(0,16 x 2,5 + th mini 0,583 d2 + fl mini 1 3 )Fm a x i = 546 210/(0,16 x 2,5 + 0,08 x 0,583 x 18,376 + 0,10 x 13)Fm a x i = 213 610 N

On peut dj voir que leffort moyen rel sera suprieur l e ffort moyen vis :F om r = (135 930 + 213 6 1 0 )/2 = 174 770 Nsoit + 4 %Si nous exprimons la tolrance par rapport leffort vis, latension de notre boulon pourra tre exprime de la faonsuivante :

Fo = 1 6 8 000 N (+ 27 % - 19 %)(ou 174 770 N 22%)

(figure 32, ci-dessous)

Lanalyse des contraintes est dtaille par la suite, mais onremarque dores et dj que, compte tenu de lexistencede la torsion, avec leffort de tension de 168 kN, on obtientune contrainte quivalente de 795 MPa et, ainsi, la limitefixe de 810 MPa n autorise quun effort maximal de tension (y compris leffort extrieur FE) de 172 kN.Nous voyons aussi que, mme en utilisant un outilde serrage prcis, la plage de tolrance sur la tensionfinale de serrage est, dans notre exemple, prs de troisfois plus importante avec le serrage au couple quavec leserrage par tendeur hydraulique.

Figure 32 : Graphique du serrage au couple dun boulon M 20 x 2,5 de longueur 200 mm


3 2

Incidences sur les contraintesdans le boulonContraintes dans le cas maximalRegardons maintenant ce qui se passe dans le boulondans le cas o les efforts sont au maximum du fait de lavaleur des diffrents paramtres.

Les efforts engendrent dans le boulon les contraintessuivantes :- la contrainte de traction :

m a x i = Fm a xi / As = 213 6 1 0 / 2 4 4 , 5m a x i = 873,6 MPa

- la contrainte de torsion :m a x i = 16 Tth maxi/ (pi d3e q)

on sait que :Tth maxi = 213 610 x (0,16 x 2,5 + 0,08 x 0,583 x 18,376)Tth maxi = 268 520 Nmm donc maxi = 248,5 MPa

- la contrainte quivalente (critre de Von Mises) atteindra :eq maxi = m a x i2 + 3 m a x i2eq maxi = 974 MPa

On voit que, dans le cas o les efforts sont maximaux,la contrainte de torsion qui atteint 28 % de la contraintede traction entrane une augmentation de la contraintequivalente de plus de 11 %.Ainsi, ds le serrage, la limite lastique du matriau seraprobablement dpasse.A fortiori, la limite de 810 MPa que nous avions fixe !

Effort extrieur sur lassemblage dans le cas maximalAppliquons maintenant leffort extrieur de 140 000 N lassemblage serr au couple dans le cas o les eff o r t ssont maximaux.Nous avons vu que la part de cet effort qui sexerce sur leboulon est : F1 = FE RB /( RB + RS)F1 = 15 900 N

L e ffort de tension maximal sur le boulon est ainsiaugment, il devient gal :Fm a x i = 213 610 + 15 900 = 229 510 N

- la contrainte de traction devient :m a x i = 939 MPa

- la contrainte de torsion nest pas modifie :m a x i = 248,5 MPa

- la contrainte quivalente de Von Mises sera :eq maxi = 1 033 MPa

Bien videmment, lapplication de leffort extrieur aggraveencore les choses.Ainsi, dans notre exemple, il y a de trs gros risquesquau moins une striction de boulon soit introduitelors du serrage au couple et quune rupture se produiseen service !

Contraintes dans le cas minimalNous pouvons aussi regarder ce qui se passe danslassemblage dans le cas o les efforts sont au minimumdu fait des alas dans la valeur des diffrents paramtres.

Les efforts minimaux engendrent dans le boulonles contraintes suivantes :- la contrainte de traction :

m i n i = Fm i ni / As = 135 9 3 0 / 2 4 4 , 5m i n i = 556 MPa

- la contrainte de torsion :m i n i = 16 x Tth mini/ (pi x d3e q)

on sait que :Tth mini = 135 930 x (0,16 x 2,5 + 0,12 x 0,583 x 18,376)Tth mini = 229 120 Nmm donc m i n i = 212 MPa

- la contrainte quivalente (critre de Von Mises) atteindra :eq mini = m i n i2 + 3 m i n i2eq mini = 666 MPa

On voit que, pour la configuration en efforts minimaux,la contrainte de torsion atteint 38 % de la contraintede traction et elle entrane une augmentationde la contrainte quivalente de prs de 20 % !Fort heureusement, on est, dans ce cas, encorerelativement loin de la limite lastique du matriau.

On peut cependant remarquer que cette contrainte dite m i n i m a l e obtenue avec la mthode au couple esten fait trs proche de la contrainte thorique de tractionpure laquelle on sattend dans le cas du serrage moyen(666 MPa contre 687 MPa).

Cela confirme que, dans le serrage au couple, il convientdtre trs prudent et de bien prendre en compte la torsioninduite par la mthode.


3 3

Effort extrieur sur lassemblage dans le cas minimalAppliquons maintenant leffort extrieur de 140 000 N notre prsent assemblage serr au coupledans les conditions (fortuites) minimales. On devineque les consquences sur le plan des contraintesne conduisent pas une situation trop dlicate.

Nous savons que la surcharge sur le boulon est en fait :F1= 15 900 N

L e ffort de tension devient donc gal :F = 135 930 + 15 900 = 151 830 N

- la contrainte de traction atteint : = 621 MPa

- la contrainte de torsion nest pas modifie : = 212 MPa

- la contrainte quivalente de Von Mises sera :e q = 721 MPa

Si on se rapproche de la limite lastique du matriau, onne latteint cependant pas.

En ralit, dans ce cas, le problme ne se situe pas auniveau des contraintes, mais plutt au niveau du serragel u i - m m e .

En effet, dans notre exemple, leffort extrieur appliqu notre assemblage est :FE = 140 000 N

O r, pour le serrage m i n i m a l , lopration de serrageau couple nengendre quun effort de serragede 135 930 N, alors que leffort extrieur provoquantle dcollement de lassemblage est :FE = Fo RS / ( RB + RS)soit : 153 345 N !Donc, en cas de trs lgre surcharge extrieure (+ 10 %),il y a bel et bien risque de dcollement des picesassembles avec possibilit de desserrage et,si lapplication concerne une tanchit, fuite au niveaude la jonction boulonne.De plus, nous savons que, pour des efforts cycliquesles risques de rupture par fatigue augmentent quand leserrage nest pas optimum.

Les risques du serrage au coupleOn voit quavec le serrage au couple, sur une mmeapplication, on peut tout aussi bien avoir :

- une contrainte excessive avec risque de rupturedes boulons par surcontrainte

- quun serrage insuffisant avec risque de desserrage,ventuellement de fuite et mme parfois de rupture parfatigue.

Pour viter ces risques, la tendance est bien souvent desurdimensionner les boulons.On est ainsi persuad que lon peut appliquer des eff o r t sde serrage importants.Mais en procdant de la sorte, dune part on dgrade pluttles choses au niveau rsistance la fatigue, dautre parton alourdit lassemblage, ce qui peut augmenter de faonimportante non seulement le cot de construction (boulonsplus gros ou plus rsistants ou en plus grand nombre,brides de plus grand diamtre), mais aussi parfois le cotde lexploitation qui devra prendre en compte des picesplus lourdes et plus encombrantes.

Bilan de la comparaisonLa comparaison technique entre le serrage au tendeurhydraulique et le serrage au couple est ici faite enanalysant le serrage dun boulon isol.Et on voit dj l'intrt du serrage par tendeur.Mais on a galement vu dans la prsentation gnraledes diffrentes mthodes que le serrage par tendeur estencore beaucoup plus avantageux quand il sagit de serrerplusieurs boulons, cest la situation que lon rencontredailleurs le plus souvent.Ainsi, dans ce cas, la facilit de mise en uvre,la scurit, la fiabilit, la rptitivit, la possibilit deraliser des serrages simultans sont autant davantagesqui viennent complter celui dune meilleure prcision.Il convient ici de rappeler que la prcision peut encoretre amliore par lutilisation dun moyen de mesuresupplmentaire, en particulier : la rondelle de mesure, dontl'intrt a dj t dcrit.


3 4

La conception dun assemblage nouveau Prenons maintenant le cas o nous avons concevoir unnouvel assemblage.Aprs tout ce quil a t vu prcdemment, on comprendque la conception sera trs diffrente selon que lon prvoitun serrage au couple ou un serrage au tendeur.Reprenons lexemple du serrage de deux brides de d i a m t r eextrieur 600 mm, assembles par 16 boulons M20 x 2,5rpartis sur un diamtre de 500 mm (figure 18, p. 19).

Le serrage par tendeur hydrauliqueEn ce qui concerne la prise en compte du serrage partendeur hydraulique ds la conception, nous avons vu quelassemblage dj dcrit avait t justement optimis etque les boulons choisis sont bien ceux qui conviennentquand on prvoit dutiliser cette mthode de serrage.

Le serrage au coupleVoyons donc, maintenant, comment cet assemblagedevrait tre conu pour permettre un serrage au couplea v e cla mme scurit que pour le serrage au tendeurh y d r a u l i q u e .Par rapport la conception optimale dj dcrite et pourpermettre la tenue des pices, il y a en gnral le choixentre les trois solutions suivantes :- slection de boulons de classe suprieure- augmentation du nombre de boulons - accroissement du diamtre des boulons.

Examinons chacune de ces trois solutions.

Slection de boulons de classe suprieureCompte tenu de la contrainte maximaleeq maxi = 1 033 MPa, on comprend que la classedes boulons devra tre 12-9.Soit : rsistance la traction Rm > 1 200 MPaet limite dlasticit Re ( 0 , 2 % ) > 1 080 MPa.

Et pourtant, mme dans ce cas, nous naurions pas lec o e fficient de scurit que nous avons avec le tendeurhydraulique puisque 90 % de la limite lastique signifieune contrainte maximale de 972 MPa.Donc, dans cet exemple, le changement de classedes boulons ne peut constituer une solution que si lonaccepte de rduire le coefficient de scurit.De plus, le surcot pour lutilisation de boulons plusrsistants peut dpasser 30%.Enfin, les problmes voqus prcdemment, lis aurisque de desserrage dans le cas minimal, demeurent.

linverse, un assemblage conu pour utiliser 16 boulonsM20 classe 12-9 serrs au couple pourra tre re-conu pourutiliser 16 boulons M20 classe 10-9 serrs au tendeurhydraulique. Le coefficient de scurit de lassemblage ensera mme augment.

Augmentation du nombre de boulonsIl est bien vident que cette solution ne peut tre choisieque si la place disponible est suffisante sur le diamtre derpartition des fixations.

Lespacement entre deux boulons doit tre tel quaveclcrou voisin la douille de la cl de serrage puisse tremise en place sans problme.

Dans lexemple choisi, lencombrement extrieur de l c r o uest environ de 36 mm et celui de la douille de 50 mm.

Lespace c o r d a l entre deux boulons doit donc tresuprieur 43 mm.

Prenons 50 mm pour tre laise.On voit quavec 16 boulons sur un diamtre de 500 mmlespace cordal tant de 97,55 mm on a toute la placesouhaite. On peut mme aller jusqu 30 boulons puisque,dans ce cas, lespace cordal est encore de 52,26 mm.

Pour 16 boulons, la contrainte maximale est :eq maxi = 1 033 MPa,alors que nous ne voulons pas dpasser 810 MPa ;il faut donc la rduire de plus de 20 %.

Si dans un premier temps nous appliquons toutsimplement ce coefficient au nombre de boulons,nous trouvons quil en faut 20 au lieu de 16.

Voyons ce que lon obtient par le serrage au couple avecces 20 boulons.

Tout dabord, nous avons vu que leffort total moyende serrage est : 168 000 x 16 = 2 6 8 8 000 N

Soit dans le cas de 20 boulons :F om = 134 400 N par boulon.

Ensuite, leffort total extrieur de traction tant rparti sur20 boulons est maintenant de :2 2 4 0 000/20 = 11 200 N par point de fixation,et, compte tenu des raideurs, la surcharge sur chaqueboulon est :F1 = 12 720 N.

Reprenons pour les 20 boulons les calculs de couple faitspour les 16 boulons.


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Couple moyen ncessaire pour obtenir leffo rt moyen Couple moyen rsistant au niveau des filets :Tth m = 1 3 4 400 x (0,16 x 2,5) + 134 400 x (0,10 x 0,583 x 18,376)Tth m = 53 760 + 144 000 = 218 400 NmmCouple moyen rsistant au niveau de la face de lcrou :Tfl m = 134 400 x (0,125 x 13)Tfl m = 218 400 NmmCouple moyen appliquer :TT m = Tth m + Tfl m = 4 1 6 160 Nmm

416,16 Nm41,616 daNm

Et avec le niveau de prcision de loutil de serrage, le couplerellement appliqu se situera de faon alatoire entre :TT m i n i = 416 160 x 0,95 = 395 350 Nmm

TT m a x i = 416 160 x 1,05 = 436 970 Nmm

Efforts de tension minimal et maximalcorrespondants sur le boulonFm i n i = TT m i ni/(0,16 x 2,5 + th maxi 0,583 d2 + fl maxi 1 3 )Fm i n i = 395 3 50 /(0,16 x 2,5 + 0,12 x 0,583 x 18,376 + 0,15 x 13)Fm i n i = 108 740 NFm a x i = TT m a xi /(0,16 x 2,5 + th mini 0,583 d2 + fl mini 1 3 )Fm a x i = 436 970/(0,16 x 2,5 + 0,08 x 0,583 x 18,376 + 0,10 x 13)Fm a x i = 170 890 N

E ffort moyen rel :F om r = (108 740 + 170 890)/2 = 139 815 N(soit 4 % de plus que leffort moyen vis)

Plage de tension du boulon par rapport leffort vis : Fo = 134 400 N (+ 27 % - 19 %)

Analyse des contraintes dans le boulon dans le casmaximal - contrainte de traction :

m a x i = Fm a xi / As = 170 8 90 / 2 4 4 , 5m a x i = 699 MPa

- contrainte de torsion :m a x i = 16 Tth maxi/ (pi d3e q)Tth maxi = 170 890 x (0,16 x 2,5 + 0,08 x 0,583 x 18,376)

= 135 944 Nmm m a x i = 126 MPa

- contrainte quivalente (critre de Von Mises) : eq maxi = m a x i2 + 3 m a x i2eq maxi = 732 MPa

Application de leffort extrieurNous avons vu que la part deffort extrieur reprise parchaque boulon est :F1 = 12 720 N

E ffort de tension maximal sur le boulon : Fm a x i = 170 890 + 12 720 = 183 610 N

Contraintes en considrant leffort extrieur- contrainte de traction :

m a x i = 751 MPa

- contrainte de torsion :m a x i = 126 MPa

- contrainte quivalente de Von Mises :eq maxi = 782 MPa

On voit que le choix de 20 boulons au lieu de 16peut convenir.

Mais le surcot de la boulonnerie est de 25 % auquelil faut ajouter les surcots dusinage. De plus, l encore,les problmes lis au risque de desserrage dans le casminimal demeurent.(Il convient de noter quun calcul avec 18 boulons conduit une contrainte maximale de eq maxi = 862 MPa incompatibleavec notre critre de scurit.)

linverse, un assemblage conu pour utiliser 20 boulonsM20 serrer au couple pourra tre re-conu pour nutiliserque 16 boulons M20 serrs au tendeur hydraulique.

Augmentation du diamtre des boulonsComme pour le cas du changement du nombrede boulons, appliquons tout simplement dans un premiertemps le coefficient de 20 % au carr du diamtredes boulons. Compte tenu des dimensions standards,nous trouvons quil faut un boulon de 24 mm de diamtreau lieu de 20 mm.

Les dimensions du filetage M24 x 3 ISO sont :d = 24 mm d2 = 22,0508 mm d3 = 20,320 mmde q = 21,1854 mm As = 352,5 mm2

L nous avons toujours besoin dun effort total moyen deserrage : F om = 168 000 N par boulon.Reprenons pour les boulons M24 les calculs de couple.


3 6

Couple moyen ncessaire pour obtenir leffo rt moyen Couple moyen rsistant au niveau des filets :Tth m = 168 000 x (0,16 x 3) + 168 000 x (0,10 x 0,583 x 22,0508)Tth m = 80 640 + 215 970 = 296 610 NmmCouple moyen rsistant au niveau de la face de lcrou :Tfl m = 168 000 x (0,125 x 16)Tfl m = 336 000 NmmCouple moyen appliquer :TT m = Tth m + Tfl m = 632 610 Nmm (632,61 Nm ou 63,261 daNm)

Et avec le niveau de prcision de loutil de serrage, le couple,rellement appliqu se situera de faon alatoire entre :TT m i n i = 632 610 x 0,95 = 600 980 NmmTT m a x i = 632 610 x 1,05 = 664 240 Nmm

Efforts de tension minimal et maximalcorrespondants sexerant sur le boulonFm i n i = 600 9 80 /(0,16 x 3 + 0,12 x 0,583 x 22,0508 + 0,15 x 16)Fm i n i = 135 890 N

Fm a x i = 664 2 40 /(0,16 x 3 + 0,08 x 0,583 x 22,0508 + 0,10 x 16)Fm a x i = 213 690 N

Contraintes dans le boulon dans le cas maximal- contrainte de traction :

m a x i = Fm a xi / As = 213 6 9 0 / 3 5 2 , 5m a x i = 606,5 MPa

- contrainte de torsion :m a x i =16 Tth maxi/ (pi d3e q)( Tth maxi = 213 690 x (0,16 x 3 + 0,08 x 0,583 x 22,0508) = 322 340 Nmm)m a x i = 173 MPa

- contrainte quivalente (critre de Von Mises) :eq maxi = m a x i2 + 3 m a x i2eq maxi = 676 MPa

Application de leffort extrieurOn sait que leffort extrieur par fixation est :FE = 140 000 NMais compte tenu du diamtre du boulon plus important,sa raideur est augmente.Et donc la part de leffort extrieur quil reprend est plusimportante et devient :F1 = 21 860 N (au lieu de 15 900 N)

L e ffort de tension maximal sur le boulon sera : Fm a x i = 213 690 + 21 860 = 235 550 N

Contraintes en considrant leffort extrieur- contrainte de traction :

m a x i = 668 MPa

- contrainte de torsion :m a x i = 173 MPa

- contrainte quivalente de Von Mises :eq maxi = 732 MPa

On voit que le choix de boulons M24 x 3 au lieu deM20 x 2,5 peut aussi convenir.

Mais le surcot de la boulonnerie est souvent de 40 %et les problmes lis au risque de desserragedans le cas minimal demeurent.

Il convient de noter quun calcul avec des boulonsM22 x 2,5 (dimensions peu courantes) conduit une contrainte maximale de eq maxi = 839 MPa,donc si on souhaite utiliser ces boulons, il faudra admettrede rduire le coefficient de scurit.

linverse, un assemblage conu pour utiliser 16 boulonsM24 x 3 serrs au couple pourra tre re-conu pour utiliser16 boulons M20 x 2,5 serrs au tendeur hydraulique.


3 7

Le serrage simultan par traction hydrauliqueLe serrage simultan consiste serrer en mme tempsplusieurs ou la totalit des boulons dun assemblage.On trouvera quelques exemples de serrages simultansen fin de chapitre.Nous avons vu prcdemment que ce processusde serrage prsente des avantages importants,souvent mme dterminants : grande homognit de serrage de lensemble

des boulons de lassemblage mise en uvre simple dure dintervention rduite.Or il se trouve que le serrage par traction hydrauliqueconstitue justement le moyen le plus pratique pour mettreen uvre ce processus de serrage simultan.Les informations qui suivent sont gnrales et donnes titre dexemple. Les rsultats sur application rellepeuvent varier selon les dimensions et les tolrancesdes composants, la qualit des outillages de miseen tension et la procdure mise en uvre. L a p p l i c a t i o npourra, si ncessaire, faire lobjet dune tude plus prcise.

Le serrage simultande 100 % des boulonsde l'assemblageCest la mthode la plus prcise et la plus rapide : tous lesboulons sont serrs en mme temps (figure 33, ci-dessous).Mais il faut prvoir autant de tendeurs que de boulons.

Ainsi, dans lexemple prcdent, le serrage simultanconsiste utiliser en mme temps 16 tendeurs avec lestuyauteries hydrauliques ncessaires lalimentation.

Lopration de serrage est fort simple puisquil suff i tde mettre en place lensemble des tendeurs,de les connecter hydrauliquement la source de pression,de procder la monte en pression simultaneet de raliser laccostage la pression ncessaire(en doublant lopration de prfrence) pour obtenirl e ffort voulu.Dans notre exemple : effort rsiduel Fo = 168 000 Npour un effort hydraulique Fh = 192 400 N obtenuavec des tendeurs SKF HYDROCAM H TA 20 monts la pression de 98 MPa.

Lhomognit de serrage ainsi obtenue pour tousles boulons est excellente.En effet, nous savons par exprience que les dispersionsque nous avions prises en compte dans la premire partiede ce document sont notablement diminues : - la dispersion sur le rapport Fh/Fo est rduite 1 %- la dispersion sur leffort hydraulique ne dpend plus que

des seuls tendeurs, elle est ainsi rduite 1 % - la dispersion sur laccostage est rduite 2 %La dispersion de serrage entre tous les boulons delassemblage sera de 4 %.

Figure 33 : Serrage simultan de 100 % des boulons de lassemblage

A : cart de la valeur moyenne des tensions rsiduelles obtenues aprs serra-ge par rapport la tension rsiduelle vise : < 1 %

B : cart total de toutes les tensions rsiduelles obtenues aprsserrage par rapport la valeur moyenne : 4 %


3 8Figure 34 : Serrage simultan de 50 % des boulons de lassemblage

Le serrage simultande 50 % des boulonsde l'assemblageCest le cas o la moiti des boulons est serre en mmetemps (figure 34, ci-dessous).Il y a donc ncessit davoir un nombre de tendeurs gal la moiti du nombre de boulons serrer.

Ainsi, dans lexemple prcdent, 8 tendeurs sontutiliss avec les tuyauteries hydrauliques ncessaires l a l i m e n t a t i o n .

Lopration de serrage doit tre ralise en deux passessur le premier lot de boulons et au moins unesur le second lot, soit un total de trois, voire quatre, passesde serrage.

Une premire passe sur la moiti des boulons,par exemple les boulons pairs, pour lesquels on procdera une mise sous tension la valeur de leffort hydrauliquerequis, soit 192 400 N pour obtenir un effort rsiduel deserrage moyen de 168 000 N aprs accostageet relchement de la pression.Une premire passe sur lautre moiti des boulonsdonnera un effort rsiduel moyen de 168 000 N sur ces derniers boulons, mais provoquera le dchargement

des premiers denviron 10 % qui se retrouvent ainsi unserrage moyen de 151 000 N.

Une deuxime passe sur le premier lot est donc ncessairepour ramener les boulons la valeur voulue de 168 000 N,mais cette passe va de nouveau provoquer le desserragedu second lot denviron 6 %, la valeur du serragedu second lot ne sera donc plus que 158 000 N.Si le niveau de prcision ainsi atteint est compatible avecle niveau requis, lopration de serrage peut tre arrte l.Mais quelquefois il faudra procder une nouvelle passesur le second lot qui retrouvera donc une tension rsiduellede 168 000 N.Le premier lot se trouvera alors un peu desserrmais seulement denviron 3 %, soit une valeur moyennede serrage rsiduel de 163 000 N, ce qui est souventtout fait acceptable.

Lhomognit de serrage obtenue dans ces conditionsnest pas aussi bonne que pour le serrage simultan 100 %.Mais la dispersion gnrale restera un niveau de :+ 5 %/ - 7 %.Dans bien des applications cette dispersion pourra treconsidre comme acceptable.Il est bien vident que le temps dintervention est plus longque dans le cas prcdent.

A : cart de la valeur moyenne des tensions rsiduelles obtenues aprs serrage par rapport la tension rsiduelle vise : + 1 %/ - 3 %

B : cart total de toutes les tensions rsiduelles obtenues aprs serrage par rapport la valeur moyenne : + 5 %/ - 7 %


3 9

Figure 35 : Serrage simultan de 25% des boulons de lassemblage

A : cart de la valeur moyenne des tensions rsiduelles obtenues aprs serrage par rapport la tension rsiduelle vise : + 1 %/ - 5 %

B : cart total de toutes les tensions rsiduelles obtenues aprsserrage par rapport la valeur moyenne : + 6 %/ - 10 %

Les ncessits et exigences lies lapplication guideront le concepteur, le monteur et le charg de maintenance dansleur choix. Mais on peut dores et dj affirmer que, dans la majorit des cas, il y a un grand intrt, pour avoir uns e r r a g e prcis et optimis, avoir recours au serrage simultan par tendeurs hydrauliques.

Le serrage simultande 25 % des boulonsde l'assemblageDans ce cas, seulement le quart des boulons est serr enmme temps (figure 35, ci-dessous).Un nombre de tendeurs gal au quart du nombre de boulonsest ncessaire.Ainsi, dans lexemple prcdent, 4 tendeurs sont utiliss,avec les tuyauteries hydrauliques ncessaires l a l i m e n t a t i o n .Chaque jeu de 4 boulons devra avoir au moins 4 passesde serrage. Soit un total de 16 passes pour assurer unehomognit de serrage correcte. Ainsi le premier lot de boulons (par exemple les numros1, 5, 9 et 13) aprs avoir t serr 100 % (168 000 N)au premier serrage perdra au cumul 20 % puis 30 %et enfin 35 % (109 000 N), aprs serrage successifdes 3 lots voisins.

Ce nest quau bout de sa quatrime passe quil ne seraa ffect par les serrages voisins que de 5 %.Si le niveau de prcision ainsi atteint (dans notre exemple :1 5 9 600 N deffort rsiduel pour le 1e r lot de 4 boulons etjusqu 168 000 N pour le lot final) est compatible avec leniveau requis, lopration de serrage peut tre arrte l.Lhomognit de serrage obtenue dans ces conditionsnest pas aussi bonne que pour le serrage simultan 50 % ( fortiori pour le serrage 100 %).La dispersion gnrale se situera au niveau de :+ 6 %/ - 10 %.Si ncessaire, une passe supplmentaire peut tre ralisesur le premier lot de 4 boulons pour rduire encore la dispersion qui pourra ainsi tre ramene + 5%/ - 8 %.Il est bien vident que lutilisation dun moyen de contrlepermet de rduire les valeurs de dispersion prcdemmenti n d i q u e s .Comme le nombre de passes sera plus important, le tempsdintervention sera augment en proportion.


Figures 36a et 36b : Machine de serrage et de desserrage de goujons de cuves de racteursnuclaires

Figure 37 : Serrage simultan par tendeursindividuels avec alimentation centralise

Figure 38 : Serrage simultan par couronne monobloc

Figure 39 : quipement de serrage simultan de culasse de gros moteurs diesel

4 0Figure 38

Figure 36a Figure 36b

Figure 37


Figure 39


4 2

Conclusiontant donn que la qualit dun assemblage boulonndpend de deux paramtres intimement lis :- la conception de lassemblage- le mode de serrage des boulons,il est indispensable de choisir le bon mode de serrage dsla conception.

La mthode de serrage au couple offre lavantage dtresimple surtout si les boulons ne sont pas trop gros.Mais le couple de serrage a linconvnient de gnrerdans les boulons des contraintes de torsion parasitesqui fragilisent lassemblage et, surtout, limprcisionde la tension finale de serrage est importante. Et mmesi lutilisation de cls hydrauliques de grande qualit peutamliorer un peu les choses, pour beaucoup dapplicationsexigeantes, ces inconvnients sont rdhibitoires.

Le serrage par longation thermique ou le serragepar traction mcanique procurent quelques amliorationspar rapport au serrage au couple, mais ces deux mthodessont peu utilises cause de leur cot et de leur mise enuvre trs laborieuse.La mthode de serrage par tendeurs hydrauliques assurele meilleur compromis entre, dune part, qualit, fiabilit,sret, scurit et prcision et, dautre part, simplicit,rapidit et cot.Particulirement en ce qui concerne le cot, cette mthodese rvle intressante non seulement au niveau du prix desoutillages, mais encore pour les conomies quelle permetdengendrer par une conception optimale des assemblageset par une mise en uvre plus rapide et plus prcise.

Par rapport aux autres mthodes, lemploi des tendeurshydrauliques offre les avantages suivants : pas de contrainte p a r a s i t e de torsion

dans la boulonnerie grande prcision de la tension finale de serrage mise en uvre aise et rapide prservation de lintgrit des tats de surface des filets

et des faces de contact grande facilit de serrage simultan de plusieurs

ou de la totalit des boulons dun assemblageou mme de plusieurs assemblages

oprations de serrage et de contrle partiellementou totalement automatisables

grande diversit de matriaux de la boulonnerie(INOX, titane, matriaux composites...).

Les tendeurs SKF H Y D R O C A M permettent en plus : des applications une large gamme de boulons

de 5 500 mm de diamtre de multiples adaptations grce leur conception modulaire

une trs grande homognit, grce un excellentrendement particulirement important dans le casde serrages simultans

lutilisation simple de diffrentes mthodes de contrle enparticulier : la rondelle de mesure qui mesure directementla tension finale de serrage.

Les tendeurs hydrauliques peuvent en gnral tre utilisssur des assemblages qui nont pas originellement t prvus pour cela, sil est possible dutiliser des boulonsavec une surlongueur. Mais il est vivement recommanddintgrer lutilisation des tendeurs hydrauliquesds la conception de lassemblage. Cela permet en eff e tde profiter pleinement de tous leurs avantages.Les assemblages boulonns conus pour tre serrsavec des tendeurs hydrauliques rpondent particulirementbien aux exigences des secteurs rclamant de hautsniveaux de qualit et de scurit, tout en permettantloptimisation de lencombrement et du poids.

Dans le catalogue gnral SKF HYDROCAM vous sontprsents : les produits et services les applications les critres de slection des tendeurs les consignes gnrales et prcautions dutilisation.Une liste plus complte de ces produits et servicesest prsente en page suivante.

Bibliographie :- Norme AFNOR NF E 25-030 (1984)- Guide CETIM Les assemblages visss conception et montage - Ouvrage Systmes mcaniques thorie et dimensionnement . Edition DU N O D ( 1 9 9 2 ) .


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SKF Equipements assure la commercialisation des produits de SKF Linear Motion & Precision Technologies :

systmes dentranement (vis billes et rouleaux, moteurs linaires), systmes de vrins,systmes de positionnement, roulements de prcision et broches pour machine-outils.

propose galement des composants et quipements industriels de haute qualit tels que :- modules et tables doptimisation- ressorts gaz- amortisseurs de chocs- manchons de serrage- chanes de prcision- joints d'tanchit- roues, roulettes et billes porteuses.

conoit et ralise la gamme de tendeurs de boulons HYDROCAM. valide la qualit de ses services et de ses produits par une certification ISO 9001

Produits et services proposs par SKF Equipementsdans le domaine du serrage de boulons

Tendeurs hydrauliques HYDROCAM :- gamme standard complte comprenant 6 types diffrents, couvrant une large plage

de dimensions de M 8 M 160 et d'efforts de 100 kN 8 500 kN- tendeurs standards adapts au niveau des interfaces avec l'application- tendeurs spciaux tudis en fonction d'applications prcises permettant en particulier

une extension de la plage des dimensions couvertes de M 5 M 500.

Rondelles de mesure d'effort de serrage

Accessoires :- pompes manuelles dveloppant des pressions de 700 b, 1 000 b ou 1 500 b- groupes hydropneumatiques dveloppant des pressions de 700 b, 1 000 b, 1 500 b, 2 000 b ou 3 000 b- groupes hydro-lectriques dveloppant des pressions de 700 b, 1 000 b, 1 500 b ou 2 000 b- flexibles haute pression de toutes longueurs et blocs de distribution- multiplicateurs de pression

Machines et systmes pour serrage simultan avec possibilitd'adapter diffrents niveaux d'automatisation

Ensembles de commande automatiss et personnaliss

Services :- aide la conception des assemblages boulonns- aide la dfinition des moyens de serrage- expertise et exprimentation- contrles et essais- partenariat industriel- formation- assistance technique- installation, mise en route, mise en uvre- rvision / rparation en atelier ou sur site- suivi distance / monitoring.

Contact : SKF Equipements - Dpartement TSI30-32, avenue des Trois-Peuples - 78180 Montigny-le-Bretonneux - France

Tl. : 33 1 30 64 29 26 - Fax : 33 1 30 64 29 29 - http://www. h y d r o c a m . s k f . c o m

Dans le monde entier, les socits SKF assurent la liaison avec le dpartement TSI de SKF Equipements pour toutce qui concerne les quipements de serrage.


Linear Motion & Precision Technologies

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