Précontrainte dans une liaison vissée? Fondamental!
Vous trouverez ici un court rappel sur le rôle que l'on entend faire jouer à une vis puis une illustration de ce qui se passe dans un assemblage soumis à des sollicitations mécaniques externes.
- la fonction liaison
- quel effort dans une vis?
- le modèle de la boîte à ressort
- les modèles des normes de calcul
La fonction liaison
"Assembler des éléments mécaniques et garantir entre eux une liaison sans décollement sous l'effet des efforts de service"
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sans décollement car sinon :
- les côtes fonctionnelles ne sont plus respectées (risque d'interférence),
- les efforts ne sont pas transmis comme prévu,
- risque de dégradation en fonctionnement.
- effort de service :
- effort auquel la liaison est soumise pendant le fonctionnement du système,
- peut être statique ou dynamique, permanent, périodique ou transitoire,
- sa connaissance est nécessaire pour dimensionner la liaison.
Quel effort dans une vis?
Le modèle de la boîte à ressort
Dans une première approche, on considère que la vis n'est pas infiniment rigide et possède une souplesse comme un ressort qui maintiendrait l'un contre l'autre les éléments à assembler:
| Au montage | En utilisation normale | En cas de surcharge |
|---|---|---|
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La vis est tendue sous l'effet du serrage: elle subi un allongement (deltaL).
Elle se comporte comme un ressort de traction (raideur K).
L'effort qu'elle exerce est proportionel à sa déformation: F = K * DeltaL. C'est la pré-contrainte de montage. |
En service, l'élément inférieur est soumi à une force externe Fe. Les efforts de contact diminuent progressivement entre les 2 pièces de l'assemblage . Celles-ci restant en contact, il ny a pas de déformation du "ressort" et l'effort dans la vis reste égal à la tension de pré-contrainte crée au montage. | Si Fe augmente et dépasse l'effort de pré-contrainte, il n'y a plus contact entre les 2 pièces. La fonction "liaison" n'est plus assurée. La vis subi un allongement et un effort supplémentaire. Elle sera beaucoup plus sollicitée en fatique si Fe est cyclique. -> Risque de ruine du système mécanique. |
Conclusions
- la vis ne voit pas plus d'effort en service normal qu'au montage.
- la tension dans la vis n'est pas la somme de la tension de serrage et de l'effort de service.
Le modèle précédent est valable dans le cas théorique où les pièces assemblées sont infiniment rigides. Ce n'est pas le cas dans la pratique.
Ce diagramme représente l'effort vu par le boulon ou la vis en fonction de l'effort externe.
- Mécanisme au repos, point A, la tension dans la vis est à la valeur de précontrainte.
- Fonctionnement nominal: zone B.
- Zone C: l'effort appliqué dépasse la valeur limite.
L'effort au contact décroit depuis la valeur de la précontrainte pour s'annuler au point de décollement.
La zone B est plate quand les éléments assemblés sont infiniment rigides.
Influence de la rigidité de l'assemblage - Normes VDI 2230 et NF E25-030
Un modèle plus fin a été élaboré pour dépasser cette limite, il est appliqué dans les méthodes de calcul des normes de référence dans le domaine : VDI 2230 et NF E25-030.
Elles introduisent la notion de rapport de rigidité entre la vis et l'assemblage. On montre que la vis supporte, en plus de la tension de serrage, une fraction de l'effort extérieur à cause de la déformation des éléments constitutif de la "boîte".
| Fvis = | Fserrage + | rigidité vis | * Fexterne |
| rigidité pièces assemblées |
Pour une meilleure tenue, on aura intérêt à minimiser la rigidité des vis :
- en favorisant l'emploi de vis longues,
- en utilisant des vis à diamètre de fût réduit.