Résumé : Les assemblages par boulons fixent solidement deux ou plusieurs pièces connectées grâce à la force de serrage qui s'exerce entre elles. Le coefficient de frottement de la surface d'appui et du filetage sont deux facteurs critiques qui affectent la force de serrage. Dans cet article, l'accent est mis sur le processus d'assemblage de boulons à haute résistance pour la couronne d'orientation d'un grand [...]
Les assemblages par boulons fixent solidement deux ou plusieurs pièces connectées par la force de serrage entre elles.
Le coefficient de frottement de la surface d'appui et du filetage sont deux facteurs critiques qui affectent la force de serrage.
Dans cet article, l'accent est mis sur le processus d'assemblage de boulons à haute résistance pour la couronne d'orientation d'une grande grue.
L'article commence par une analyse de la relation théorique entre le couple d'installation, le coefficient de frottement, le coefficient de couple et le serrage force.
Ensuite, grâce à un test comparatif de serrage dans des conditions de lubrification totale pour le filetage et le filetage et la surface d'appui, il est démontré que la condition de lubrification a un impact significatif sur la fiabilité de l'installation de la fixation et sur la dispersion du coefficient de couple et du coefficient de frottement.
En cas de lubrification complète, la dispersion du coefficient de frottement et du coefficient de couple est plus faible, ce qui se traduit par une stabilité et une fiabilité accrues des assemblages boulonnés.
Les assemblages par boulons sont un mode de connexion mécanique couramment utilisé dans les engins de levage. Leur fiabilité est cruciale pour les performances globales des engins de levage, en particulier pour les assemblages par boulons à haute résistance de composants clés tels que la couronne d'orientation.
Une fiabilité raccord de boulon est essentielle au fonctionnement normal du produit et une défaillance de la connexion peut entraîner de graves accidents de sécurité.
L'objectif d'un assemblage par boulons est d'assurer que deux ou plusieurs pièces connectées sont étroitement ajustées. Pour supporter la charge de mouvement, une force de serrage suffisante doit être maintenue entre les pièces connectées afin d'assurer leur connexion fiable et leur fonctionnement normal.
Une force de serrage insuffisante peut entraîner un glissement latéral entre les deux parties, ce qui soumet le boulon à une contrainte de cisaillement inutile et peut conduire à sa rupture.
C'est pourquoi il est de plus en plus important d'améliorer la fiabilité et la stabilité des assemblages boulonnés à haute résistance. Des paramètres de serrage ou un contrôle du processus inadéquats peuvent avoir un impact négatif sur la fiabilité de l'assemblage fileté et provoquer une défaillance.
Dans la perspective de réduire la dispersion de la force de serrage et d'optimiser le processus de serrage, cet article détermine le couple d'installation et le processus de serrage des boulons à haute résistance pour la couronne d'orientation des grands engins de levage par le biais d'une analyse théorique et d'une comparaison des données d'essai.
1.1 Le coefficient de couple peut être déterminé à l'aide de la formule suivante, qui est basée sur la relation entre le couple de serrage et la force de serrage.
Où ?
1.2 Conformément à la norme GBT16823.3, le couple de serrage des boulons doit être conforme aux exigences suivantes
Où ?
Lors de la pose de boulons, le couple de serrage T peut être divisé en trois parties :
Le couple de frottement de la surface du roulement (Tb) est le couple consommé par le frottement entre l'écrou et le plan de la rondelle.
Le couple de serrage (Tth) et la force de serrage (F) sont consommés par le frottement entre le filetage du boulon et le filetage de l'écrou (corps).
Lors de l'installation de l'assemblage, la majeure partie du couple d'installation est perdue à cause de ces deux sources de frottement.
Par conséquent, le coefficient de frottement en bout (μb) et le coefficient de frottement du filetage (μth) sont les principaux facteurs affectant la force de serrage (F).
La force de serrage peut varier fortement en fonction des coefficients de frottement.
La dispersion du coefficient de frottement de la face d'extrémité (μb) et du coefficient de frottement du filetage (μth) détermine directement la stabilité de la force de serrage (F). Voir la figure 1.
1.3 Le coefficient de frottement du filetage peut être calculé approximativement et déterminé par la relation entre le couple du filetage et la force de serrage, à l'aide de la formule suivante.
1.4 Le coefficient de frottement de la surface d'appui peut être calculé approximativement et déterminé sur la base de la relation entre le couple de frottement de la surface d'appui et la force de serrage, à l'aide de la formule suivante.
Le coefficient de couple, le coefficient de frottement du filetage et le coefficient de frottement de la surface du roulement peuvent être déterminés en mesurant le couple de serrage, le couple du filetage, le couple de frottement de la surface du roulement et la force de serrage.
L'influence du coefficient de couple, du coefficient de frottement du filetage et du coefficient de frottement de la surface d'appui sur la force de serrage des assemblages boulonnés dans différentes conditions a été analysée et étudiée en testant le processus de serrage de différentes séries de boulons de montage de couronnes d'orientation. L'équipement d'essai utilisé est un testeur de coefficient de frottement vertical fabriqué par Schatz, Allemagne, et la méthode d'essai suit les normes GB/T 16823.3.
Le couple total, le couple de filetage, le couple de frottement de la surface du roulement et la force de serrage sont mesurés à l'aide d'un capteur de couple/angle et d'un capteur de force de serrage. Le coefficient de couple, le coefficient de frottement du filetage et le coefficient de frottement de la face frontale peuvent être calculés automatiquement à l'aide des formules (1), (3) et (4) sur l'équipement d'essai.
Les boulons sélectionnés pour l'installation de la couronne d'orientation d'une grande grue sont testés pour simuler les conditions réelles d'assemblage. Les écrous d'essai sont remplacés par des écrous réels, et les matériaux, l'équipement de traitement et le processus d'assemblage sont conformes aux produits finaux.
Les spécifications des boulons sont les suivantes
La rondelle correspondante est :
Les écrous d'essai de remplacement sont fabriqués en matériau domestique 960.
Un anti-grippant haute température à base d'argent est utilisé comme lubrifiant.
Deux groupes d'essais comparatifs ont été menés pour comparer l'influence de l'état de lubrification sur le coefficient de frottement, le coefficient de couple et la dispersion de la connexion.
Dans un groupe, la graisse a été appliquée uniformément sur la partie filetée du boulon mais pas sur la surface d'appui de la rondelle. Dans l'autre groupe, la graisse a été appliquée à la fois sur la partie filetée du boulon et sur la surface supérieure de la surface d'appui de la rondelle. Voir le tableau 1 pour les données d'essai.
Tableau 1
| Méthode de lubrification | Nombre | F（KN） | T （N.m） | K | 1e | 1b | 1tot |
| Lubrification complète | 1# | 1000.3 | 5389.39 | 0.11 | 0.08 | 0.09 | 0.08 |
| 2# | 1000.1 | 5185.81 | 0.11 | 0.07 | 0.09 | 0.08 | |
| 3# | 1000.24 | 5515.26 | 0.11 | 0.08 | 0.09 | 0.09 | |
| 4# | 1000.1 | 5683.1 | 0.12 | 0.09 | 0.09 | 0.09 | |
| 5# | 1000.1 | 5238.65 | 0.11 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | |
| 6# | 1000.24 | 5394.05 | 0.11 | 0.08 | 0.09 | 0.08 | |
| 7# | 1000.37 | 5578.98 | 0.12 | 0.09 | 0.08 | 0.09 | |
| 8# | 1000.1 | 5768.57 | 0.12 | 0.08 | 0.1 | 0.09 | |
| Lubrification du filetage uniquement | 1# | 1000.1 | 6568.71 | 0.15 | 0.09 | 0.13 | 0.1 |
| 3# | 1000.4 | 5998.86 | 0.13 | 0.07 | 0.13 | 0.09 | |
| 4# | 1000.1 | 6716.1 | 0.15 | 0.09 | 0.14 | 0.11 | |
| 5# | 1000.3 | 5733.3 | 0.12 | 0.07 | 0.1 | 0.08 | |
| 6m | 1000.1 | 5982.98 | 0.13 | 0.08 | 0.12 | 0.09 | |
| 7# | 1000.2 | 5356.29 | 0.11 | 0.07 | 0.1 | 0.08 | |
| 8# | 1000.1 | 5990.22 | 0.13 | 0.09 | 0.13 | 0.09 |
Les figures 3 et 4 présentent les courbes du coefficient de frottement de la surface du roulement (μ_b) et du coefficient de frottement du filetage (μ_th) dans deux conditions de lubrification différentes : lubrification du filetage uniquement et lubrification complète, respectivement.
Les résultats indiquent que le coefficient de frottement du filet (μ_th) dans des conditions de lubrification se situe entre 0,07 et 0,09 et reste relativement stable.
En comparaison, le coefficient de frottement de la surface d'appui (μ_b) dans des conditions de lubrification est relativement stable, avec des valeurs comprises entre 0,08 et 0,1 pour les huit groupes d'échantillons. En revanche, sans lubrification, le coefficient de frottement de la surface d'appui varie de 0,1 à 0,14, montrant une faible stabilité et une grande dispersion entre les huit groupes d'échantillons.
La figure 5 présente la courbe du coefficient de couple (K) dans deux conditions de lubrification : lubrification du filetage uniquement et lubrification complète.
Les résultats révèlent que le coefficient de couple (K) des huit groupes d'échantillons dans des conditions de lubrification totale est compris entre 0,11 et 0,12, avec des valeurs stables et une dispersion minimale.
En revanche, le coefficient de couple (K) de l'échantillon lubrifié par le fil présente une plage plus large, de 0,11 à 0,15, avec une stabilité médiocre et une dispersion plus importante.
Les figures 6 et 7 montrent les courbes de la force de serrage du couple pendant le serrage des boulons dans deux conditions de lubrification : lubrification du filet uniquement et lubrification complète, respectivement.
Les résultats indiquent que, pour un même couple de serrage, la force de serrage en cas de lubrification totale est supérieure à celle en cas de lubrification du filetage uniquement, et que la dispersion des courbes au sein d'un même groupe d'échantillons est plus faible.
Les données des deux groupes d'essais comparatifs montrent que l'application de lubrifiant sur la surface du roulement réduit significativement le coefficient de frottement et le coefficient de couple d'environ 15% et améliore la stabilité. Cela démontre que l'application de lubrifiant sur la surface du roulement est une méthode efficace pour réduire le coefficient de couple et augmenter la stabilité.
Dans les machines de construction, les fixations sont généralement installées à l'aide de la méthode du couple, qui est directe, simple et facile à utiliser. Le couple d'installation est déterminé par le coefficient de frottement, et une valeur numérique précise est cruciale. Cependant, ignorer la dispersion du coefficient de frottement, connue sous le nom d'écart-type, peut avoir un impact significatif sur la fiabilité de l'assemblage boulonné.
Actuellement, la norme nationale GB/T 1231-2000 définit les normes pour les paires de boulons à haute résistance dans les structures en acier. Le coefficient de couple (K) est spécifié comme étant compris entre 0,11 et 0,15, avec un écart-type ≤ 0,01.
De nombreux utilisateurs se concentrent uniquement sur le coefficient de couple et pensent qu'une fois qu'il est déterminé, le couple d'installation peut être établi immédiatement, conduisant à une connexion de la fixation. Cependant, l'écart-type est souvent négligé. Si l'écart-type dépasse 0,01, la force de pré-serrage de chaque boulon variera au cours de l'installation. Si l'écart-type est trop grand ou trop petit, certaines paires de fixations peuvent être trop ou pas assez serrées, ce qui peut compromettre la fiabilité de l'installation.
En revanche, si le coefficient de couple est élevé et que l'écart-type est inférieur à 0,01, la dispersion de la paire de connexions est minimale et la force exercée sur chaque paire de fixations est relativement uniforme. Une augmentation du coefficient de couple pendant l'installation peut conduire à une valeur de couple plus élevée, mais elle n'entraînera pas un serrage excessif ou un relâchement, ce qui améliorera la fiabilité et la sécurité de l'installation.
En conclusion, d'un certain point de vue, l'écart-type est plus important que le coefficient de couple.
Le coefficient de frottement du filetage, le coefficient de frottement de la surface d'appui et le coefficient de couple sont des paramètres techniques critiques qui doivent être compris et maîtrisés lors de l'installation de paires d'attaches. À l'heure actuelle, ces paramètres sont largement reconnus et pris en compte par la majorité des utilisateurs lors de l'installation.
Un coefficient de frottement plus faible entraîne un coefficient de couple plus faible. Lors de la détermination du couple d'installation, un coefficient de couple plus faible se traduit par une force de serrage plus importante.
Inversement, un coefficient de couple plus élevé entraîne une force de serrage plus faible. Si le coefficient de couple est faible dans une certaine mesure, la force de serrage générée par un certain couple peut dépasser la limite de résistance du boulon, entraînant l'étirement du boulon à haute résistance, voire sa rupture sous l'effet de la fatigue.
D'autre part, si le coefficient de couple est trop élevé, la force de serrage générée sera trop faible, et la paire d'attaches ne fonctionnera pas correctement, ce qui entraînera un relâchement.
L'état de lubrification a un impact significatif sur les valeurs du coefficient de frottement du filetage, du coefficient de frottement de la surface du roulement et du coefficient de couple. En général, les paires de raccords de fixation présentant des surfaces rugueuses et des marques d'usinage visibles auront des valeurs de coefficient de couple et de coefficient de frottement plus élevées.
Cependant, après la lubrification, ces valeurs peuvent diminuer de manière significative. En outre, la lubrification affecte également la dispersion du coefficient de frottement du filetage, du coefficient de frottement de la surface du roulement et du coefficient de couple. La dispersion de ces valeurs est plus faible sous l'effet de la lubrification, ce qui garantit une plus grande stabilité et une plus grande fiabilité de l'assemblage boulonné.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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