Résistance du vis au cisaillement

[invite5e06574b]

Bonjour,
afin de manutentionner une pièce, j'ai créer un chassis qui permettra de déplacer la pièce. La liaison entre la pièce et le chassis est réalisée par vis réusinée (en appui sur la pièce et vissée dans le chassis).
Après avoir vérifié les sollicitations simples (cisaillement et flexion) de la vis (vis assimilée à un cylindre), je me demandait si le filetage n'allait pas se détériorer. Mais la gros problème est que je ne sais pas comment attaquer.
Est-ce que quelqu'un peut m'aider svp.
Vous trouverez ci joint une image représentant la vis en position.
Merci à tous.
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[Zozo_MP]

Bonsoir Tibo

Mes petits camarades vont immanquablement te demander s'il y a une seule vis pour supporter toute la charge.

Est-ce qu'il y a plusieurs vis

Qu'elle est l'épaisseur du bati

Combien de filet (qu'elle longueur de filet) sont dans le bati.

Combien de fois tu dois retirer la vis par jour.

Est-ce que la tige subit des chocs en radial

Cordialement

[Jaunin]

Bonjour, Tibo34,
Si j'ai bien compris votre croquis, c'est la représentation de la moitié de la pièce, il y aurait la même chose de l'autre côté. Si c'est le cas, le poids de la pièce est toujours de 600kg ou le double.
La vis est représentée horizontalement sur votre dessin, c'est sa position de travail.
Avec les réponses aux questions de Zozo_MP, bien sûr.
Cordialement.
Jaunin __(un des petits camarades)

[invite5e06574b]

Bonjour, vraiment désolé d'avoir oublié toutes ces informations.
ALors on y va :
le système est symétrique, il y a deux vis qui supportent 600Kg (position de travail de la vis : horizontale)
épaisseur du bati 30mm (acier E36)
Vis M30 au pas de 3,5 soit un peu plus de 8 filets dans le chassis.
L'utilisation est très "rare", cela dépend des commandes que l'on a mais si on devait fabriquer tous le temsp ce type de pièce, on aurait je pense une à deux manutention par jour (mais on est très loins d'y être) en moyenne on doit faire ces pièces un jour par mois.
Pas de choc (en radial), la manipulation est la suivante:
on fait dessendre le chassis au dessus de la pièce, ensuite on insère les vis (M30) + des vis de maintien en position et on vient lever le tout pour manutentionner la pièce.
Ci joint une image du montage
J'espère qui ne manque pas d'informations.
Merci pour votre aide

[A voir en vidéo sur Futura]

[astromateur]

1- Pour respecter les règles de construction en mécanique le taraudage doit avoir une longueur égale au diamètre de la vis si c'est de l'acier.

2- La vis telle qu'elle est dessinée travaille en flexion et au cisaillement :

21- Au cisaillement c'est simple, vérifier que la 1/2 contrainte due à la charge sur la section du noyau de la vis est inférieure à la résistance à la rupture ou à la limite élastique avec un coefficient de sécurité.

22- A la flexion, il faut calculer : le moment fléchissant du à la charge sur le moment quadratique de la section de vis sur la distance à la fibre neutre et vérifier si tout ça est inférieur à la limite élastique.

[astromateur]

Cherche pas trop :

Une vis M30 ( de qualité assez courante classe 5.6 ),
résiste à la traction à 12623 daN ( 12 tonnes ! ).

En cisaillement il faut prendre la moitié de la résistance à la traction ( voir le cours de RDM ), soit encore 6000 daN,

Avec 300 daN par côté ( 600daN /2 puisque tu es sur 2 appuis ) tu as de la marge et un coefficient de sécurité de 20 !!!

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Par contre la conception est pas terrible pour un support servant à lever une charge...

Antoine

[invite5e06574b]

Merci pour ces réponses, mais au niveau des sollicitations simples(flexion , cisaillement) j'avais vérifier. Merci cependant à Jaunin pour sa vérification grâce aux éléments finis.
Ce qui me gêne c'est comment va se comporter la partie de la vis qui est dans le chassis. (le contact entre les filets ne va pas se détériorer au point de ne plus pouvoir retirer la vis?)
Pour la conception, les différentes contraintes de l'environnement ou se trouve les pièces à manutentionner (forme du montage d'usinage, prise de plusiseurs gabarit de pièces, etc..) m'ont poussé à réaliser ce type de solution.
Par contre je suis ouvert à toutes propositions, peut être remplacer les vis par des axes et des goupilles ou autres, si vous avez des idées pour soulever une charge, n'hésitez pas à en faire part, ça augmentera mes conaissances techniques.
Merci

[astromateur]

La partie filetée ne risque rien, si quand on visse la charge ne s'appuie pas dessus.

Si la charge appuie quand on visse, il y un risque de grippage du filet, dans ce cas bien graisser l'ensemble ( et ne pas mettre inox sur inox : grippage garanti ! ).

Pour éviter que la vis ne reprenne l'effort vertical de la charge, il est possible de monter l'axe dans un trou ajusté, la vis ne servant plus qu'à l'assemblage, mais ça complique le montage ça oblige à avoir une chape plus épaisse et à faire un trou étagé...

Ma réflexion par rapport à la conception vient du fait que soulever une charge lourde ( 600 Kg ) pose le problème de la sécurité, la pièce ne doit pas pouvoir basculer et risquer de tomber en écrasant l'opérateur; attention les outils servant au levage des charges sont très réglementés ( on ne peut pas tout faire ), s'il s'agit d'un outillage il faut être prudent et éviter qu'il ne soit détourné à un autre usage...

Antoine

[Zozo_MP]

Bonjour tibo34

Méthode KISS

Dans les engins travaux publics qui soulèvent des charges supérieures à 1 tonne et on utilise souvent des goupilles qui font office d'axes.
Les trous ont même un jeu de forgeron. Il suffit de mettre une ou deux vis btr pour maintenir la goupille en place. La charge et les cisaillements sont ainsi répartis sur différents points de la goupille, y compris sur la tête.
Et en cas de protestation un bon coup de mateau et tout rentre ou sort dans l'ordre (non mais !!!)


Voici un dessin simplifié. A vous de voir

Cordialement

[astromateur]

Zozo,

C'est vraimment une bonne idée, si la précision n'est pas un obligatoire.

Avec du jeu pour les trous de vis : aucun risque de cisaillement ...

Antoine

[mécano41]

Bonjour,

Juste une remarque. Dans le croquis de Zozo-MP, il vaudrait mieux ne pas mettre trop de jeu entre le trou du bâti et l'axe épaulé sinon, l'axe tend à basculer sous la charge et ce sont les vis qui bossent, et comme il n'y a pas de raison pour mettre des grosses vis...

J'en profiterais pour mettre un épaulement supplémentaire. La partie supportant la charge déposée étant plus petite de 2 mm par exemple. A la longue, ce cylindre pourrait recevoir des chocs et se marquer ; en mettant cette différence, on pourra plus facilement démonter la pièce sans détruire l'alésage (si l'on met 4 vis, on pourra même la faire tourner 3 fois lorsqu'elle est abîmée, avant de la changer). Enfin, tout dépend de la précision requise...

Cordialement

[Zozo_MP]

Bonjour Mécano41


Excellentes remarques

Cordialement

[astromateur]

Pour tous les cas pratiques et sans entrer dans le monde des "torseurs" et autres espaces vectoriels, que j'ai oublié, je conseille le vieux bouquin de RdM niveau technicien suivant :

Résistance des matériaux, R. Basquin et G. Lemasson, librairie Delagrave

Probablement qu'il se fait plus, mais chez les bons vendeurs d'occas ...
Il date un peu mais il est très complet, la vraie RdM pour les nuls !

[astromateur]

Attention Tibo 34, les choses qui semblent évidentes sont quelques fois fausses !

Avec les hypothèses données plus haut :
Acier E36 ( soit limite élastique Re = 36 daN/mm2, limite à la rupture R ? )
Vis M30X3,5 mm, soit un diamètre de noyau = 25,7 mm de section = 518 mm2
Longueur de vis inconnue mais prenons 100 mm pour voir

Un rapide calcul fait ressortir que :

Côté cisaillement on ne risque rien :
La contrainte Tau = F/S soit 300 daN / 518 mm2 = 0,57 daN/mm2 << Re

Par contre côté flexion on est limite :
La contrainte Sigma = Mf / ( Igz / v )
Mf = 300 daN x 100 mm = 30000 daN mm
Igz = 0,05 x d^4 = 0,05 x ( 25,7 mm ^4 ) = 21812 mm4
v = 25,7 / 2 = 12,85 mm
Soit Sigma = 17,67 daN/mm2 environ Re/2 ( coeff de sécurité de 2 seulement ).

Conclusion :
La vis ne doit pas être trop longue
La charge doit porter du côté encastré de la vis
Au démarrage du soulèvement de la charge la force verticale Fr résultante peut être très supérieure à F en statique :
Fr = F + Fd
Avec Fd = m x gamma, m la masse en Kg et gamma l'accélération en m/s2

Prenons gamma = 1 m/s2 ( accélération assez lente le 1/10 ème de la pesanteur )
Fd = 300 Kg x 1 m/s2 = 300 daN
et Fr = 300 daN ( dus à F ) + 300 daN ( dus à Fd ) = 600 daN !!!!
En replaçant F par Fr dans le calcul du moment fléchissant Mf, la contrainte Sigma atteint la limite élastique Re et il n'y a plus de sécurité : la vis se tord.

Conclusion de la conclusion :
Ce qui semblait simple est en fait beaucoup plus complexe et les marges de sécurité sont vite dépassées : Attention il y un réel DANGER de se prendre sur la figure !!!

Il faut soit augmenter le diamètre résistant, soit prendre toutes les précautions pour manipuler avec prudence, soit ce qui est mieux faire les deux.

[Jaunin]

Bonjour, Astromateur,
Je suis en accord avec vous, seulement pour le moment fléchissant vous avez mis toute la charge ou bout de la vis, alors que la charge est en appui sur presque toute la longueur de la vis (voir croquis), ce qui devrait donner un Mf/2 soit 300*100/2=15'000 [daNmm] et un sigma de 8.84 [daNmm^2].

Maintenant la zone dangereuse pour les 600 [daN] sera la partie cylindrique après le filetage, mais il faudrait concevoir le filetage complet pour avoir un coefficient de contrainte.(Pour demain, heu non tout à l'heure).

Pour la sécurité il faudra une bonne finition de la vis et si possible un rayon entre les deux diamètres, éviter les angles vifs.
On peut aussi prendre une matière plus résistante.

Si vous avez des remarques, elles seront les bienvenues.
Cordialement.
Jaunin__

[astromateur]

Salut Jaunin,

Le problème c'est qu'on ne sait pas ce qui est manipulé : rigide ou mou, plat ou patatoïdal, on sait donc pas ou porte réellement la charge, la limite étant le bout de la vis si la charge fléchit par exemple ...

On ne connait pas non plus la longueur de la vis, j'ai supposé qu'elle faisait 100 mm ...

Mais le calcul en flexion et cisaillement suffit pas, il faut aussi tenir compte des surcharges d'origine dynamiques et là c'est l'inconnu : quelle sera réellement l'accélération au démarrage de l'engin ? on ne le sait pas ...

En bref j'ai mis le doigt sur ce dernier aspect qui à mon avis est le plus dangereux à l'usage pour un appareil de levage; si le travail en flexion est répété il peut y avoir fatigue et amorces à la rupture, l'E36 est un acier de construction aux caractéristiques assez limitées; aussi par sécurité si je devait étudier un truc du genre je prendrais un très gros coefficient de sécurité aux alentours de 10 ! à moins d'être toujours sûr de toujours manipuler la même charge faisant toujours le même poids, mais là c'est le marc de café ou la boule de cristal ...

Tes remarques sur l'état de surface et les rayons sont justes pour éviter les amorces.

En fait cet ensemble, en conservant toujours des vis M30, travaillerait mieux et loin de ses limites si les vis servaient à fixer la charge au bâti au lieu de la soulever, la contrainte de cisaillement dans ce cas est très faible.

Avec quel programme as tu modélisé la vis ? ça fait pro. !

A+

Antoine

[Jaunin]

Bonsoir-jour, Astromateur,
J'ai fait un filet à la vis et je l'ai bloquée directement sur les flans du filet, avec la charge de 600 [daN].
Selon Tibo34, la manipulation se fait en "douceur", la vis est mise en place sous la charge. Mais effectivement pour une charge, soudainement appliquée, le poids est déjà multiplié par deux, si en plus cette pièce est accélérée, comme dans votre message #14, on doit craindre un risque.
J'ai aussi fait la charge sur le bout de la vis.
Le logiciel est Pro/Engineer Wildfire et Pro/Mechanica, c'est pro.
Cordialement.
Jaunin__

[astromateur]

Merci Jaunin,

En fait sur ta première modélisation, celle du message 15, on voit un arc à plus de 40 daN/mm2 de contrainte à la jonction de l'épaulement ...

C'est chouette comme programme, est-ce compliqué à utiliser ?

Les calculs de RdM, qu'en j'en fait, je les fais à la papate !

Antoine

[Infra_Red]

C'est chouette comme programme, est-ce compliqué à utiliser ?

qd on a pas l'habitude, c'est compliqué et plus long qu'à la main.
mais c'est précis.

[Jaunin]

Bonjour,
Oui, c'est une concentration de contrainte dans un petit rayon à la jonction de l'épaulement du côté de la charge et sur la vis avec filetage j'ai mis un rayon plus grand, comme je voyais la position du filetage.

Dans le temps, (pas celui des dinosaures) oui, c'était compliqué, il fallait rentrer la forme des pièces en coordonnées et pour les pièces cylindriques on pouvait faire du pseudo 3D, le temps de calcul était énorme. En plus la direction d'entreprise n'y croyait pas.

Maintenant on peut directement récupérer la pièce 3D de la CAO pour la mouliner dans FEM.
La difficulté reste les conditions de contrainte de la pièce suivant les degrés de liberté, on peut obtenir des résultats différents. Certain système, actuellement, vous "prennent" la main (souris) de façon à rien oublier pour le calcul.

Je fais toujours de la RDM à la "papate", mais à l'aide de logiciel de calcul, MathCad ou Maple, les équations différentielles ce n'est pas comme le vélo, quand on en fait plus tous les jours, ont (je) sais plus.
Cordialement.
Jaunin__

[alain1405]

Bonjour à tous
Je suis assez d'accord avec astro. lorsque dans son message 16 il préfèrerait
utiliser le M30 pour serrer la charge contre le bati. Dans ce cas, plus de flexion, que du cisaillement pur et encore, limité par le serrage.
Ceci dit pour l'application, c'est une autre histoire!
Pourrions-nous envisager de placer la charge sur une palette métallique en U
de 120 mm par exemple munie aux 4 coins d'yeux permettant le passage et le vissage des M30.
Vous allez me répondre:Comment tu mets les 600 kg sur la palette qui justement va servir au levage?
Plusieurs solutions:
-Soit elle y est depuis la première étape de fabrication
-Soit la charge intègre des pieds suffisemments hauts pour permettre le passage de la palette.
-Est il possible de modifier le dessin de la charge?
-Les transpalettes peuvent peut être rendre quelques services.
Qu'en pensez vous?
Bonne soirée à tous et à bientôt!
Alain