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Utilisation d'écrous tensionneurs

Un écrou tensionneur est un écrou spécial, généralement de taille importante, qui permet un serrage fort et contrôlé. Il est en fait constitué de nombreuses vis de pression qui vont mettre en contrainte la vis et ainsi assurer le serrage.

Petit rappel sur le vissage

Avant tout, pour un petit rappel sur la fonction d'un assemblage vissé : Maintenir le serrage des vis et des écrous.
L’action de vissage est de fournir de l’énergie à une vis, par sa rotation, ou celle d’un écrou : le couple de vissage.
Environ 10% de cette énergie est utile, le reste étant consommé en frottements. Ceux-ci sont difficiles à maitriser, génèrent une grande dispersion sur les précontrainte dans l’assemblage et empêchent d’utiliser le maximum du potentiel de la vis du fait de la torsion créée par le frottement dans le filetage.
Un rapide calcul et la prise en compte des dispersions décrites dans le tableau C.4 de la norme NF E 25030, montre que la vis ne peut pas offrir sa pleine capacité à l’utilisateur.

Tableau C4 - Norme NF E 25030

Exemple :

Un constructeur a besoin d’un serrage à 1 000 kN
Il utilise un outil de la classe C10 (±10%)
Coefficient de frottement standard µ 0,15±20%
Vis classe 8.8.

La dispersion sur la précontrainte est de ±27% (cf tableau ci-dessus)
Pour obtenir 1 000 kN minimum, il devra cibler 1 370 kN de précontrainte nominale, avec un maxi à 1 740 kN
Vis utilisée : M68 classe 8.8

La vis est utilisée entre 50% et 70% de sa capacité.
Cette approximation ne tient pas compte de la torsion dans la vis.
Le couple de vissage sera d'environ 20 000 Nm !!
Avec quel outil ?


Pourquoi choisir une solution de traction directe

L’action de vissage ne permet pas d’utiliser la pleine capacité de la vis du fait des frottements et de la torsion dans la vis créée par le frottement dans les filets.
Appliquer directement la précontrainte est une solution pour optimiser l’assemblage.
Il existe plusieurs technologies pour cela, et notamment :


Qu'est-ce qu'un écrou tensionneur ?

Un écrou tensionneur à vis multiple permet d’appliquer sur la vis (la tige filetée ou le goujon) une précontrainte en traction pure, sans torsion, par l’intermédiaire d’une cinématique constituée de plusieurs vis de pression appuyant sur une rondelle d’appui.
L’effort à appliquer sur la vis étant distribué sur un grand nombre de petites vis de pression, l’effort de chacune permet de les mettre en pression avec un couple très faible, pouvant ainsi réaliser le montage d’une vis de grand diamètre avec un outil manuel (clé dynamométrique).
Le cumul des pressions de chaque vis génère la tension dans la vis, donc la précontrainte dans l’assemblage.

Principe écrou tensionneur

Constitution et fonctionnement d’un écrou tensionneur

Constitution écrou tensionneur

Le corps de l’écrou (1) est vissé sur le filet principal comme un écrou classique, mais n’est pas serré.
Plusieurs vis de pression (2) sont disposées à l'intérieur du corps de l'écrou. Lorsque les vis sont serrées, elles poussent sur la rondelle d’appui (3), contre la pièce à assembler et la vis principale s’allonge. La force de tension ainsi générée est purement axiale et donc exempte de torsion ou de flexion nuisibles.
La dureté de la rondelle (3) protège la surface d’appui des fortes charges de pression provoquées par les vis de pression.

Certains modèles plus élaborés offrent une meilleure performance en utilisant une cinématique différente pour la mise en pression. Les écrous tensionneurs HEICO-TEC® par exemple, utilisent une cinématique originale : les vis de pression (2a) poussent chacune un piston (2b), et ce sont ces pistons qui transmettent la charge à la rondelle d’appui. Ce système permet une lubrification totale des vis de pression en usine pour une meilleure précision. La dispersion sur ces modèles est de ±5% en laboratoire (mesuré par DNV-GL ±3%) et ±10% en conditions industrielles sévères.

Reprenons notre exemple :

Utilisation d’un écrou tensionneur de la gamme HEICO-TEC® classe 8.
Pour obtenir 1000 kN en nominal, nous pouvons choisir un écrou tensionneur M56x5,5 (capacité nominale 1095 kN, maxi 1300 kN).
Chaque vis de pression sera vissée à 205 Nm, et la vis est pleinement utilisée.

VissageEcrou tensionneurAvantages
Taille de la visM68M56Gain de 3 tailles de vis
Gain d’encombrement
Gain de poids
Couple de vissage20 000 Nm205 NmCouple divisé par 100
Dispersion de la précontrainte±27%±5 à 10%Meilleure précision
OutilMotorisé (hydraulique)ManuelPas besoin d’énergie externe
Montage moins dangereux
Opération moins chère

Synthèse sur les écrous tensionneurs

AvantagesInconvénients
Conception optimisée
Montage avec un outil manuel
Vis travaillant dans de meilleures conditions
Absence de torsion dans la vis
Solution globalement plus économique
Gains importants d’encombrement et de poids
Pas de réaction (les outils de vissage à fort couple exigent l’appui pour reprendre la réaction)
Vissage multiple suivant une procédure précise
Choix de fabricants restreints (2 principaux fabricants en Europe + quelques PME)
Pas de standard (seule la gamme HEICO-TEC® répond aux exigences de la norme ISO898-2)

Dimensionner un plus petit diamètre pour une même épaisseur à serrer améliore le rapport L/D pour une meilleure préservation de la précontrainte dans la vis. Par leur conception, les écrous tensionneurs à vis multiples accumulent une grande réserve d’élasticité. Ceci permet à l’assemblage de fortement résister aux pertes de contraintes par tassement et relaxation. Les écrous tensionneurs à vis multiples résistent bien aux sollicitations dynamiques et vibrations. Les essais sur banc Junker (DIN65151) montrent une tenue à la hauteur de beaucoup de systèmes anti desserrage.
Sur un assemblage goujon ou tige fileté, les écrous tensionneurs à vis multiples peuvent être avantageusement complétés par des écrous réactifs.

Vidéo de présentation

Ci-dessous une vidéo commerciale de présentation, publiée avec l'autorisation de la société HEICO.



Article rédigé par M. Laurent VINCENT, Spécialiste en sécurité pour assemblages vissés

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