problème pour le calcul du serrage de mors mécanique

[aureliea]

Bonjour,
Je suis étudiante en master de mécanique et un calcul pour continuer mon bureau d'études me pose problème.
Je suis sur la conception d'une pince/mors mécanique, et le calcul de la pression de contact de la pince et donc la force de serrage des 4 vis me pose problème car il faut que j'inclue le frottement et la surface de contact.
J'ai trouvé plein de solutions pour des mors cylindrique sur internet (utilisant la loi de coulomb, et la théorie de hertz) mais je n'arrive pas à les adapter à des mors de serrage plan ??
J'espère que la description de mon problème est claire, j'ai ajouté capture d'écran et schéma pour être plus précise en pièces jointes, j'attends tous vos commentaires, idées , piste.. bref tous ce qui peut me faire sortir de cet embarras.
Merci d'avance
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[Jaunin]

Bonjour, Aureliea,
Bienvenu sur le forum de Futura-Sciences.
Etes vous sûr, déjà, que chaque éprouvettes sera maintenues, que l'appui sur les quatre pièces sera identiques, si non cela risque de fausser votre mesure.
Votre serrage ne me semble que sur deux vis.
Vous devriez aussi pouvoir le simuler dans votre logiciel ?
Cordialement.
Jaunin__

[aureliea]

Bonjour, Jaunin,
Oui l'éprouvette sera maintenues par un systèmes de mors de l'autre coté, le problème étant symétrique.
Les deux vis à l'avant des mors servent surtout pour le serrage par pincement de l'éprouvette, les deux autres a l'arrière c'est pour le maintien sur le mors fixe.
J'ai eu l'occasion de simuler dans mon logiciel mais les résultats obtenu par MEF n'étant pas cohérent j'ai pris la décision de calculer les effort de pression à la main, mais maintenant je suis bloqué par mes connaissances en la matière...
Auriez-vous une idée ?
Cordialement
Aurélie

[Jaunin]

Pourriez-vous joindre les dessins du mors mobil et fixe ouvert, sans l'éprouvette.

[A voir en vidéo sur Futura]

[aureliea]

Bonsoir, ci-joint les dessins des deux mors ouvert,sans l'éprouvette.

[Zozo_MP]

Bonsoir Aurélia

Je pense que ce qui ne va pas c'est votre éprouvette que vous ne nous montrez pas de façon individuelle dans vos dessins.
D'autant que l'éprouvette à l'air particulièrement costaude avec plusieurs brins (plusieurs barreaux)

Il y a deux gorges sur les deux cotés de chaque mors. Normalement l'éprouvette doit avoir deux renflements qui viennent se loger dans les gorges des mords.

Regardez ici les modèles d'éprouvettes standards pour les efforts de traction

Ces gorges servent justement à éviter le glissement lorsque l'éprouvette est soumise à la traction.

Je ne vois pas comment deux malheureuses vis de 10 ou même Ø M 12 pourraient bloquer suffisamment l'éprouvette pour permette une traction de plusieurs dizaines de Kilos Newton. D'autant qu'elle ne sont même pas dans l'axe de la traction.

Déjà vous avez deux vis qui ne servent pas du tout au bridage de votre éprouvette sur le talon de votre système sauf si vous utilisez des renflements sur votre éprouvette.

Pouvez-vous poste l'image de votre éprouvette SVP.

Cordialement

[Jaunin]

Bonjour, Zozo_MP,
Il m'avait sembler voir un espèce de peigne dans les mors mais ce n'est pas le cas.
Je suppose que l'éprouvette est symétrique à la forme que l'on voit sur l'assemblage.
Vue les rayons de part et d'autre et la gorge on devrait pouvoir y mettre une goupille de retenue.
Mais attendons le dessin de l'éprouvette.
Cordialement.
Jaunin__

[mécano41]

Bonjour à tous,

L'effort de traction de 20000 N, en supposant, a priori, un coeff. de frottement de 0,1 nécessite un effort de serrage de 200000 N

1- même en arrivant (comment???) à une répartition parfaite sur l'éprouvette, la contrainte dans la partie "active" (c'est-à-dire objet de la mesure) celle-ci faussera complètement la mesure quelle qu'elle soit (rupture, allongement...)
2- le mors de serrage, à moins d'être très haut en regard de sa largeur, va fléchir et ne porter que sur les bords ; cela risque de déformer ces bords de façon permanente et augmente encore l'effet indiqué en 1-
3- même en supposant un mors rigide, il faudrait être assuré d'une planéité parfaite (???) des mors et de l'éprouvette
4- même en supposant les points précédents résolus, il faudrait que le mode de serrage répartisse l'effort ; ce n'est pas le cas pour deux vis (effort forcément différent à gauche et à droite, ce qui ramène au point 2-)
5-...tout ce que j'ai oublié de citer...

Alors, ou bien je n'ai pas compris le problème, ce qui est fort possible, ou bien...

Cordialement

[aureliea]

Bonjour a vous tous,
Alors l'éprouvette est en aluminium (100x100mm) et est sollicitée en traction en croix, ci joint le capture de l'assemblage pour la partie serrage et l'éprouvette seule.
Les mors étant en acier de base, le coefficient de frottement est de 0.4 il me semble. Il n'y a pas de renflement sur l'éprouvette, l'axe passant par l'éprouvette et les gorges sur les mors sert à maintenir l'éprouvette, j'ai supposée que son effet est négligeable, peut-être est-ce une erreur de ma part ?
Pour moi le serrage des mors étant plus important par rapport à l'effet de l'axe d'un diamètre de 3.5mm...
Cordialement

[Jaunin]

Ce n'est pas la question mais comment est-on sûr que la traction est identique dans les 4 directions.
Ne compliquons pas le problème.

[aureliea]

La traction est identique dans les 4 directions car les vérins utilisés pour la traction-compression sont synchronisés (les 4 en même temps).
De plus la condition de synchronisation est obligatoire et incluse dans le cahier des charges.

[Zozo_MP]

Bonsoir Aureliea

- En quelle matière l'éprouvette
- Quelle taille approximative

vous parlez aussi de compression ! C'est bien ça ? Car la forme de l'éprouvette va poser des méga problèmes.

est des tests de résistance ou de rupture que vous recherchez ?

Cordialement

[Jaunin]

Alors l'éprouvette est en aluminium (100x100mm)

Oui, mais quel alliage ? ce n'est pas de l'aluminium pur ?

[Zozo_MP]

Bonsoir Jaunin bonsoir les amis

J'ai une très bizarre impression avec cette éprouvette c'est surtout la forme qui m'intrigue d'autant que dans les 8 morceaux d'angle ils auront obligatoirement il me semble une solidité inférieure.

De plus le mode de fixation de l'éprouvette dans les mords ne me plait pas beaucoup. Mettre un vis comme goupille est très curieux. (j'attends les remarque de Mécano41 et de Verdifre).
Compte tenu qu'il ya des trous dans l'éprouvette pourquoi mettre de mors dessinés comme ça.

Je veux bien que ce soit un exercice vraisemblablement scolaire mais bon.

COrdialement

[aureliea]

La forme de l'éprouvette est imposé, elle est de dimension 100x100mm, et est en aluminium Au4G.
Pour la forme des mors, c'est moi et mes collègues qui avons décider de cette conception, mais si vous avez des suggestions pour améliorer la fixation, n'hésiter pas ...
Notre seul problème est de calculer la pression de contact pour le serrage appliqué sur l'éprouvette.

[Jaunin]

Disons comme cela, en brainstorming, plus on tire fort il faut que cela serre fort.

[verdifre]

bonjour,
je doit avouer que je ne vois pas du tout à quoi peut servir ce montage.
Si on parle d’éprouvette, cela implique la mesure d'une caractéristique, qu'est ce que l'on va chercher à mesurer dans ce cas ?
En ne connaissant pas la finalité du système c'est un peu compliqué d'en dire plus

[mécano41]

Bonjour à tous,

Ayant toujours eu pour habitude de me poser la question "que me demande-t-on?" avant la question "quelle pourrait-être la solution?", je suis dans le même état de perplexité...(d'où le ton de mon message précédent).

Cordialement

[StarMo0n]

bonjour à tous, mon post n'a pas de grand rapport,
mais tu es en quel MASTER? et ou? car étant moi même en licence pro Ingénierie d’étude Mécanique je recherche activement des pistes pour l'année prochaine xD

Merci bien!

[aureliea]

Bonjour,
Je suis vraiment désolé de ne pas pouvoir vous en dire plus sur la finalité de ce projet, mais le projet étant pour un labo extérieur, il est confidentiel pour l'instant. Le but est de calculer la résistance en traction compression d'un certain composé...
Mon seul problème est de trouver une formule et de l'appliquer à mon modèle de serrage, pour calculer l’effort de contact et ensuite le couple de serrage a appliquer sur les 4 vis.
La forme de l'éprouvette, son matériaux et ses dimensions ne sont pas de mon ressort, de même que l’effort de traction de 20kN. C'est données sont incluses dans le cahier des charges et sont non négociables comme convenu par le labo..
Quelqu’un aurait des pistes pour m'aider ?

Cordialement
Aurélie

[Zozo_MP]

Bonjour Aurélia

@Aurélie
Donc je résume : à partir d'une éprouvette dont la forme et la matière (AU4G) sont imposées on vous demande d'exercer une traction de 20 000 N de façon simultanée et constante sur les deux axes x et y sachant que cette traction ou pression doit s'exercer à partir du centre géométrique (ici équivalent au centre de masse) selon -x et +X ainsi que -Y et +Y mais également une compression dont la valeur est supposée la même à savoir 20 000 N (ce n'est pas précisé).

A partir delà ce qui nous manque c'est l'information suivante pourquoi voulez-vous si cela ne vous est pas imposé par le labo faire

appliquer à mon modèle de serrage, pour calculer l’effort de contact et ensuite le couple de serrage a appliquer sur les 4 vis.

Vous dites aussi

l'axe passant par l'éprouvette et les gorges sur les mors sert à maintenir l'éprouvette,

Donc, si l'on ne vous impose pas un serrage en pince de votre éprouvette j'ai l'impression que vous vous compliquez la vie pour rien d'autant que l'on voit les trous bien pratiques dans l'éprouvette. Je vous ferais une proposition en 3D d'une ou deux solutions possibles. J'ai commencé la modélisation

Aurélie vous parlez dans une de vos premiers posts de mors fixes. Compte tenu que vous tirez en croix un seul mors peut être fixe. De plus si vous voulez avoir la même vitesse et le mêm effort de traction selon les deux axes cela veut dire que la machine qui va faire du push-pull doit déjà avoir les deux caractéristiques de vitesse et efforts constants (équi-répartis)

@commentaire personnel à Aurélie : Ne croyez pas que je ne tiens pas compte de ce que vous écrivez mais peut être que soit je n'ai pas compris votre problème soit compte tenu qu'à priori vous n'avez pas encore une grande expérience de la mécanique vous ne prenez pas la bonne solution en quelque sorte.


@ tous les autres

je pense à deux systèmes qui tiennent l'éprouvette par les alésages situés aux quatre points cardinaux si j'ose dire.
Ces deux systèmes ultra-simples devront tenir compte de l'ovalisation éventuelle ou tout autre déformation des alésages lors de la traction et surtout la compression. Ceci surtout pour pouvoir démonter facilement l'éprouvette après les essais et pour que le labo puisse faire des mesures de métrologie sans que l'éprouvette ait été déformée par le démontage au marteau

Cordialement

[verdifre]

on peut aussi penser qu'un "peigne" ayant la forme complémentaire des bouts de l'éprouvette permettrait une grande surface de contact (perpendiculaire à celle déja envisagée) et serrer l'ensemble par un boulon ajusté est envisageable

[aureliea]

@Zozo_MP
Je comprend votre point de vue mais l'alésage dans l’éprouvette étant de 3.5mm, j'ai supposé que prendre la solution d'un axe dans l’éprouvette n'était pas envisageable pour faire de la traction compression d'un effort de 20kN. Qu'en pensez vous ?
Merci de prendre de votre temps pour faire de la modélisation

@verdifre
Je n'ai pas bien compris la notion de "peigne" dans votre dernier commentaire..
Pourriez vous me donnez un exemple ?

[Zozo_MP]

Bonsoir

Si je prend une goupille en acier trempé à coeur (norme DIN 6325) de Ø 3 cela donne une résistance au double cisaillement de 13 KN

Ici je ne considère qu'une coté de la croix puisque c'est l'effort sur un axe qui nous intéresse.

Dans votre montage la goupille aurait 5 montages en chape ce qui fait 25 000 N / 5 = 5000 N si l'on prend un cisaillement simple
mais comme votre goupille est monté en chape c'est la moitié de 5000 N qui est à prendre en compte soit 2500 N

Toutefois les goupilles standards ne dépassent pas 30 mm et 60 mm pour les séries longues ( Aïe Aïe ) or il vous faut un minimum de 60mm.

J'ai donc pris de l'acier 100C6 (du STUB pour les anciens ) que l'on trouve dans des longueurs d'environ 2 M et qui peuvent donc être coupée à la longueur voulue par exemple 120 mm

La Re est donné en général pour 800 Mpa
soit une Rg de 400
Si je prend un coefficient de sécurité théorique de 1,2
et un diamètre de 3,5 en acier 100C6
et que j'applique une force de 5500 N j'arrive à 285,83 DaN/mm² Mpa
Ce qui donne un coef de 1,4 ce qui évite que la goupille pète à la traction

Donc si mes petits camarades veulent bien valider mes calculs cela semble montrer que c'est jouable avec un tige en stub et un montage en peigne comme le suggère notre ami Fred.

A partir du calcul il est possible de visualiser les déplacements et les déformations dans la limité élastique ou au-delà de Von mises par une simulation PEF.

Nous avons aussi l'option d'utiliser la goupille avec une serrage de vrai bridage la goupille ne servant dans ce cas qu'à limiter ou empêcher le glissement. Bien que je préfère et de loin la solution en peigne avec différentes formes de peigne.

Voilà Aurélie ! Attendons que mes petits camarades "Maouss costauds en calcul" confirment mes dires

Je continue la modélisation en attendant !

A plutarque

[Zozo_MP]

Bonsoir

Voici les résultats de la proposition

Les cotes ont été estimées mais cela donne un idée de la solution.

SI mes camarades valident les calculs des résultats précédents.

Pour le blocage sur l'axe avec une tige il y a une autre solution mais celle-ci semble donner satisfaction y compris pour le démontage à priori. Voyons les remarques qui vont venir sur la déformation des trous qui empêcheraient le démontage

J'ai mis des alésages sans jeu pour le début de simulation.

Notez que c'est une simulation partielle sur une partie seulement de l'éprouvette.

Cordialement

Eprouvette Von mises en coupe Vue 1.jpg

Eprouvette Déformation Vue 2.jpg

[Jaunin]

Bonjour, Zozo_MP,
Jôlii !

Mais maintenant que va donner la traction sur les quatre cotés en même temps.
Cordialement.
Jaunin__

[Jaunin]

Bonjour,
Si on pouvait avoir le dessin de l'éprouvette ?

Zozo_MP,
Vous avez passé par un assemblage ?

Pour information :
http://www.euralliage.com/2017A.htm

Cordialement.
Jaunin__

[Zozo_MP]

Bonjour Jaunin

Oui pour faire la simulation sous solidworks il faut obligatoirement passer par une assemblage qui est ici de deux pièces.

@ AUrélie

Je vous ai fait un petite gif animé qui montre les avantages du peigne.

Regardez la partie qui est maintenue dans le peigne et l'autre coté qui n'est pas dans un peigne. Vou voyez que la déformation de la partie central avec le trou qui s'ovalise va avoir un incidence sur le possible glissement des pattes qui sont reliées par le centre.

Dans le cas d'un bridage par pincement vous risquez d'avoir ce phénomène et même pire si par exemple vous n'arrivez pas à brider une des pattes.

N'ayant pas les cotes exactes ces images ne sont pas tout à fait les mêmes que ceux de votre exercice mais celà ne doit pas être très éloigné de votre modèle.

@ tous Attention la déformation est ici exagérée volontairement pour que cela montre mieux les déformations.

Cordialement

[Jaunin]

Bonjour, Zozo_MP,
C'est toujours étonnant comment les pièces peuvent se déformer.
Sur votre modèle aimé ou son les tractions ?.
Vous n'avez pas mis de mors en opposition.
Cordialement.
Jaunin__

[mécano41]

Bonjour à tous,

Je n'irai pas plus loin sur ce sujet mais j'ai quand même quelques points à préciser :

Bonjour,
Je suis vraiment désolée de ne pas pouvoir vous en dire plus sur la finalité de ce projet, mais le projet étant pour un labo extérieur, il est confidentiel pour l'instant. Le but est de calculer la résistance en traction compression d'un certain composé...
Mon seul problème est de trouver une formule et de l'appliquer à mon modèle de serrage, pour calculer l’effort de contact et ensuite le couple de serrage a appliquer sur les 4 vis.

Comme on te l'a dit plus haut, seules deux vis vont effectivement serrer ; les deux autres ne serreront rien...

La forme de l'éprouvette, son matériau et ses dimensions ne sont pas de mon ressort, de même que l’effort de traction de 20kN. C'est données sont incluses dans le cahier des charges et sont non négociables comme convenu par le labo..

Mais le mode de serrage, oui. Ci-joint un croquis de se qui risque de se passer et que j'avais signalé plus haut :déformations plastiques latérales et non-serrage de la partie centrale...De ce dernier fait, il découle que les deux pattes centrales ne seront pas étirées ...



ZOZO_MP :

Avec un dispositif de traction par goupille de 3,5 mm, il me semble que tu n'as pas tout calculé...

Si je me fie aux dimensions 100 x 100 mm de l'éprouvette (message #15) et en faisant une proportion pifométrique à l'aide de l'image (message #9), j'arrive pour une "branche" à 4 "pattes" de 4,8 mm de large par 10 mm de hauteur séparée par 3 vides de 3,2 mm.

Si je calcule la pression (répartition p = k.cos²(theta) avec k=3.F/(4.L.r) et pour theta 0 à pi/4) sur une "patte" :

- pour une charge F=5000 N
- L=4,8 mm
- r=1,75 mm

on arrive à une contrainte de 446 N/mm² dans la direction de traction (theta=0)... pour du Dural, ça va faire mal...

(à noter que, dans les rétrécissements, la contrainte ne doit pas être mal non plus, mais je suppose que c'est voulu...)

Remarque : les Anciens étaient malins ; ils n'ont pas eu besoin de Solidworks pour "traiter" Ravaillac ...

Cordialement