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Conserver plus de précontrainte avec les Écrous Réactifs

L’article Utilisation d’écrous tensionneurs explique comment appliquer la bonne précontrainte dans un assemblage vissé de grande dimension (diamètre ≥ M30). Une fois installée, cette précontrainte doit être conservée.

Variation de la précontrainte dans le temps

L’utilisation d’un écrou tensionneur permet d’obtenir la bonne précontrainte directement par la traction de la vis, de la tige filetée ou du goujon.
La précontrainte installée peut varier dans le temps en fonction de :

Le concepteur doit s’assurer que la précontrainte en fonctionnement reste suffisante pour la fonction de serrage attendue.

La précontrainte (la tension dans la vis) est obtenue par l’allongement élastique de la vis. Le maintien de cet allongement assure le maintien de l’effort de serrage.


Cas d’un montage avec tige filetée ou goujon traversant

Lorsque l’assemblage est traversant, un écrou H est souvent monté en vis-à-vis de l’écrou tensionneur.
C’est la solution la plus simple, mais le montage pourrait être optimisé avec l’utilisation d’une nouvelle technologie : les écrous réactifs.

Les écrous réactifs sont conçus pour emmagasiner de l’élasticité. Cette élasticité supplémentaire assure la préservation de l’effort de serrage.

Coupe goujon

Conception et fonctionnement d’un écrou réactif

Conception

Un écrou réactif est constitué d’un corps d’écrou 1 dont la surface d’appui est concave. L’appui se fait par le diamètre extérieur sur une rondelle 2 qui assure le contact avec la surface d’appui du montage.
La concavité est définie afin de permettre une déformation du corps de l’écrou dans sa limite d’élasticité.

Fonctionnement

Lors de la mise en tension par l’écrou tensionneur 3 en vis-à-vis, l’écrou réactif prenant appui sur son diamètre extérieur peut fléchir. Opérant comme un élément élastique, il emmagasine une grande réserve d’énergie potentielle par élasticité, qu’il pourra restituer en compensation des tassements et relaxations lors de la vie de l’assemblage. Il compensera ainsi les pertes de tension dues aux diminutions de l’allongement du goujon ou tige filetée.
Cette réserve d’élasticité augmente la durée de vie de l’assemblage.

Eléments constituants Fonctionnement écrou

Différences avec des rondelles élastiques

Il existe également des rondelles élastiques que l’on peut utiliser seules ou en empilées (rondelles Belleville). Mais l’énergie emmagasinée par leur déformation élastique est limitée et souvent très inférieure à la précontrainte générée dans un assemblage vissé. Les rondelles coniques sont souvent aplaties complètement, donc sans réelle efficacité.

Graphe rondelles élastiques
Chaque assemblage vissé (bleu) perd de la force de précontrainte ΔF par tassement ou fluage Δf. On tente souvent d‘augmenter l‘élasticité de l‘assemblage vissé avec une rondelle ressort conventionnelle afin de prolonger la durée de vie et de contrecarrer le desserrage.
Problème : Les rondelles élastiques sont déjà aplaties sous 50% de la force de précontrainte (orange). Cela les rend inefficaces.
L'écrou réactif (vert) reste élastique jusqu‘à la précontrainte complète.
Les pertes de précontrainte ΔFHTR sont effectivement réduites !

Tenue aux sollicitations / jeux dans les filets

Dans un écrou standard, la répartition des efforts est distribuée sur les premiers filets en prise (voir schéma ci-dessous). Ceux-ci font fortement sollicités alors que les autres ont une faible charge.
De plus, il y a des jeux résiduels entre le filetage de la vis et le taraudage de l’écrou : ces jeux sont sources de dévissage lors de sollicitations alternées.

La déformation élastique des écrous réactifs modifie également la géométrie du taraudage en réduisant les jeux. Les efforts sur les filets sont répartis de façon plus homogène. La résistance des filets est donc supérieure.
Les jeux étant fortement réduits, les écrous réactifs résistent bien mieux aux sollicitations vibratoires.

Répartition des charges

Utilisation

Les écrous réactifs ne doivent être serrés que par l’écrou tensionneur en vis-à-vis.
Ils peuvent aussi être utilisés en vis-à-vis d’un écrou hexagonal standard si ce dernier est mis en tension par une méthode directe, avec un tendeur hydraulique par exemple.
Les écrous réactifs ne doivent pas être directement vissés. Les petits méplats formant un hexagone ne servent qu’à faciliter l’approche jusqu’à la surface d’appui et le démontage.

Les écrous réactifs sont justifiés pour des assemblages de grands diamètres. Les fabricants (en Europe : HEICO et SUPERBOLT) proposent couramment des dimensions de M20 à M160.

Vue écrou

AvantagesInconvénients
Emmagasine une réserve d’élasticité pouvant être redistribuée en cas de relaxation du goujon ou tassement des pièces assemblées
Augmente la résistance aux sollicitations dynamiques et vibratoires
Augmente la durée de vie des composants
Augmente la précontrainte résiduelle
Coût supérieur à un écrou hexagonal standard
Pas de solution en cas de montage dans un trou taraudé

En conclusion

Pour conclure, on peut dire que l'utilisation d'écrous réactifs est une solution incontournable dès lors que l'on a un assemblage vissé de grande dimension dont le niveau de fiabilité est important.
Bien que le coût soit plus élevé qu'un écrou "classique", cette différence est largement compensée par l'allongement de la durée de vie et surtout par l'amélioration significative de la fiabilité.
Améliorer la fiabilité, c'est aussi (et surtout) améliorer la sécurité...



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

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