Force de serrage bouchon avec joint

[mAx6010]

Hello,
Pour un calcul de structure d un bouchon avec joint j ai besoin de la force de serrage.

voici le bouchon en question (G1'') --> https://www.heinrichs.de/pdfs/fr/HN8...0-122-A-03.pdf

En partant direct sur mon calcul, je trouve une force de serrage de 60kN pour un couple de 200N.m
Je passe en elements finis, et la je bloque car la piece est extremement sollicitée.
Soit ma force de serrage est fausse, soit mon materiau est erronné, soit le fournisseur s'est planté dans son dimensionnement.
Je penche donc vers le premier point.

La formule est bonne, mais je coince sur le fait que les frictions dues au joint ne sont pas pris en compte.
La Formule, la voici:

et on note bien les termes faisant apparaitre les frictions dans le filetage (d2) et sous la tete de vis (DKm/2).

En ajoutant un terme similaire, du cette fois aux frottements du joint, la force de serrage diminue, ce qui m arrange.
Est-ce que je fais fausse route?

Merci de m'avoir lu
mAx
-----

[Naalphi]

Bonjour

La formule est la bonne... pour un filet métrique (60°) et non ISO 228 (55°).
On peut sans doute établir une équivalence par exemple à partir des détails de calcul donnés par cette page wikibooks où cet angle intervient : https://fr.wikibooks.org/wiki/Techno...s_par_filetage .

La formule est bonne... avec l'approche que les forces de frictions de contacts soient les mêmes (et =0.12) entre filets vs tête contre pièce à serrer : Quid d'un probable gros différentiel entre ces 2 parties lorsqu'il s'agit d'un contact 1) métal/métal et 2) métal/polymère ?
Bon, idem, de mémoire cette page aborde aussi le différentiel "frottement sous tête" et "entre filets"
...

[mAx6010]

Bonjour et merci pour ce retour.
Je mets votre lien en favori (top).
Dans la formule, les frictions sous tête et dans le filet sont distincts. J ajoute donc un troisieme terme avec un troisieme coefficient propre au joint.
On a des tables ou les 2 premiers coefficients sont evalués à 0.08, celui du joint passerait à 0.9!
Avec cette correction ma force de serrage passe de 60kN à 10kN.
J vais regarder l effet de l angle du filet-
Bonne journée.

[mécano41]

Bonjour,

J'avais fait ceci (c'était fait pour un élévateur) que tu peux éventuellement utiliser (sans t'occuper des parties vitesse, puissance...)

Il faut entrer tes dimensions et les coeff. de frottement adéquats.

Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[mAx6010]

Merci mecano41.
Je prends aussi ce fichier excel (tres detaillé), qui me renvoie aussi grossomodo une force de serrage de 60kN pour 200N.m de couple.
Mais il ne prend pas en comple le couple issu des forces de frottements du joint.
Comme mentionné auparavant avec un coeff de 0.9 ma force de serrage tombe à 10kN au lieu de 60kN.
Je suppose que les 0.9 sont à sec, donc avec une lubrification le coeff devrait tombé et la force augmenté. (avec un coeff de 0.2, la force de serrage passe à 30kN)

[mécano41]

L'appli prend en compte le moment de frottement de la vis sur l'écrou avec le coeff. f et lui ajoute le moment de frottement de l'appui avec le coeff. fapp (chez toi : le coeff. de frottement joint sur appui). Dans ton cas, évidemment, l'appui et l'écrou sont confondus (monobloc).

Pour les coeff., je n'ai plus en tête les proportions mais ne pas oublier que le coeff. au début du mouvement est beaucoup plus élevé que le coeff. en rotation continue.

Le coeff. du joint dépend beaucoup de sa composition (fibre, élastomère et autre joint en cuivre fourré...si ça existe encore). Ce ne sera peut-être pas facile à trouver...

Cordialement

[mécano41]

j'avais oublié : il faut additionner les couples, Cm et Capp ! L'appli. prend en compte maxi n'additionne pas systématiquement les deux.

Cordialement

[mAx6010]

ok, j vais me pencher dessus merci pour la precision.
Pour le coeff du joint, j ai des mesures a dispo (pour un autre projet), j vais essayer d en tirer le coeff.

[mAx6010]

L'appli prend en compte le moment de frottement de la vis sur l'écrou avec le coeff. f et lui ajoute le moment de frottement de l'appui avec le coeff. fapp (chez toi : le coeff. de frottement joint sur appui). Dans ton cas, évidemment, l'appui et l'écrou sont confondus (monobloc).

Les frottements avec le coeff f sont ceux sur le filetage, non?
Dans mon cas j ai evidemment cette friction, et puis j en ai 2 au niveau de la tete de bouchon: 1 pour le contact bloc bouchon, et 1 pour le contact joint bloc

[mécano41]

L'appli. avec ajout des sommes...

[mécano41]

Non, ça va glisser sur la face où le coeff. est moindre (toutes dimensions égales par ailleurs). L'autre face ne bougera pas.

[mAx6010]

Non, ça va glisser sur la face où le coeff. est moindre (toutes dimensions égales par ailleurs). L'autre face ne bougera pas.

ah donc j ignore le couple frottement avec le coeff le plus faible?

[mécano41]

Non, c'est le contraire. Puisque la face où le coeff. est le plus fort ne glisse pas, elle ne te demande donc pas de vaincre un effort de frottement. C'est comme si les pièces étaient solidarisées à cet endroit. Si les conditions (dimensions et coeff.) sur les deux faces sont proches, il n'est pas exclu que cela tourne un peu sur une face un peu sur l'autre...mais cela ne change rien.

[Naalphi]

Bonjour et merci pour ce retour.
Je mets votre lien en favori (top).
Dans la formule, les frictions sous tête et dans le filet sont distincts. J ajoute donc un troisieme terme avec un troisieme coefficient propre au joint.
On a des tables ou les 2 premiers coefficients sont evalués à 0.08, celui du joint passerait à 0.9!
Avec cette correction ma force de serrage passe de 60kN à 10kN.
J vais regarder l effet de l angle du filet-
Bonne journée.

en effet je dis des bêtises les coeff sont bien distincts, tête et filet

Pour ce qui est du 3ième terme, je pense que cela peut marcher ainsi :
1° calcul de la tension jusqu'à l'écrasement du joint dans son logement et donc jusqu'au 'refus' de la tête métal sur métal (la formule telle quelle avec coef 0.09 et 0.9), mais la difficulté sera peut-être d'estimer la force équivalente (donc le couple à appliquer) à cet écrasement donné mais pas plus
2° en déduire le couple max résistant du joint (qui ne devrait pas au-delà)
3° calcul de la tension avec cette fois-ci le coef tête métal/métal mais avec le couple de serrage diminué de la résistance du joint
(pas sûr d'être clair ^^)

Entrer dans ces détails aura-t-il des résultats significatifs ? j'en doute , mais cela ne m’empêchera pas de le tester (excel)
(le temps de retrouver ma calculette vis ISO)

[mAx6010]

Non, c'est le contraire. Puisque la face où le coeff. est le plus fort ne glisse pas, elle ne te demande donc pas de vaincre un effort de frottement. C'est comme si les pièces étaient solidarisées à cet endroit. Si les conditions (dimensions et coeff.) sur les deux faces sont proches, il n'est pas exclu que cela tourne un peu sur une face un peu sur l'autre...mais cela ne change rien.

Vous m'avez perdu
Nous sommes bien d accord, nopus parlons de ce cas de figure:

[mécano41]

- au départ le joint dépasse du bouchon et la face de celui-ci ne touche pas l'appui
- lorsque tu commences à serrer, le joint s'écrase sous une force axiale
- c'est cette force, variable en fonction de l'écrasement, qui est à prendre en compte pour définir le moment de frottement (pour l'appui comme pour l'écrou), jusqu'au contact
- à partir du contact, il y aura toujours le moment dû au frottement du joint mais, en plus, celui nécessaire pour vaincre le frottement de la collerette sur l'appui afin d'assurer le serrage demandé. A priori, le moment de frottement du joint devrait être négligeable si le serrage demandé (extension du bouchon) est important.

[Naalphi]

Au risque de se perdre un peu plus, , ci-joint ma calculette évoquée plus haut

... pour rester simple, il s'agit d'un format ".pdf", posté sous cette forme car notre forum ne permet pas le partage de fichier "xls" aussi lourd que le mien ( <1Mo... zut, ça devrait aller tout de même...) , qui peut s'ouvrir pour permettre de l'utiliser comme tableur avec le logiciel de bureautique "libreoffice" avec cette manip : télécharger le fichier , cliquer droit pour "ouvrir avec" , "libre office"...

Ce fichier est paramétré pour les filetages ISO Métrique (60°).
Pour ajuster aux géométries d'un angle différent... j'y avais pensé au début... mais voilà, cela ne s'est pas passé comme cela , ben il faudrait redéfinir pas mal de valeur en fonction de l'angle du filet (un différentiel du cosinus, et les différentes constantes de définition des diamètres etc. liées à cet angle....)

bon, partant de l'hypothèse qu'un filetage 60° est assez peu différent du tien, il me semble au final que l'effet de frottement du joint doit pouvoir rester à le marge
Je te laisse essayer et voir en particulier cette partie du fichier :Capture.JPG (image jpeg)

[mAx6010]

- au départ le joint dépasse du bouchon et la face de celui-ci ne touche pas l'appui
- lorsque tu commences à serrer, le joint s'écrase sous une force axiale
- c'est cette force, variable en fonction de l'écrasement, qui est à prendre en compte pour définir le moment de frottement (pour l'appui comme pour l'écrou), jusqu'au contact
- à partir du contact, il y aura toujours le moment dû au frottement du joint mais, en plus, celui nécessaire pour vaincre le frottement de la collerette sur l'appui afin d'assurer le serrage demandé. A priori, le moment de frottement du joint devrait être négligeable si le serrage demandé (extension du bouchon) est important.

Bonjour, cette explication va dans le meme sens que celle de Naalphi, et etait aussi clair dans ma tete.
Cette explication m'avait embrouillée:

Non, c'est le contraire. Puisque la face où le coeff. est le plus fort ne glisse pas, elle ne te demande donc pas de vaincre un effort de frottement. C'est comme si les pièces étaient solidarisées à cet endroit. Si les conditions (dimensions et coeff.) sur les deux faces sont proches, il n'est pas exclu que cela tourne un peu sur une face un peu sur l'autre...mais cela ne change rien.

[mAx6010]

Au risque de se perdre un peu plus, , ci-joint ma calculette évoquée plus haut

... pour rester simple, il s'agit d'un format ".pdf", posté sous cette forme car notre forum ne permet pas le partage de fichier "xls" aussi lourd que le mien ( <1Mo... zut, ça devrait aller tout de même...) , qui peut s'ouvrir pour permettre de l'utiliser comme tableur avec le logiciel de bureautique "libreoffice" avec cette manip : télécharger le fichier , cliquer droit pour "ouvrir avec" , "libre office"...

Ce fichier est paramétré pour les filetages ISO Métrique (60°).
Pour ajuster aux géométries d'un angle différent... j'y avais pensé au début... mais voilà, cela ne s'est pas passé comme cela , ben il faudrait redéfinir pas mal de valeur en fonction de l'angle du filet (un différentiel du cosinus, et les différentes constantes de définition des diamètres etc. liées à cet angle....)

bon, partant de l'hypothèse qu'un filetage 60° est assez peu différent du tien, il me semble au final que l'effet de frottement du joint doit pouvoir rester à le marge
Je te laisse essayer et voir en particulier cette partie du fichier :Pièce jointe 502488 (image jpeg)

Merci pour le fichier.
Bizarre que le fichier excel ne passe pas. Vous avez essayé de le zipper, et/ou de le saucissonner . J aurai bien gratter dans les formules pour voir ce que vous calculez.
ou alors de supprimer les images dans le fichier excel pour l '"alleger"
J essaierai avec libreoffice mais sur un pc perso.

[le_STI]

Salut,

effectivement je rejoins Naalphi et mécano41 : le moment dû au frottement du joint sur le bloc est distinct du moment dû à l'appui de la collerette sur le bloc.

Le problème est que tu n'as pas de donnée te permettant de calculer les forces de frottement du joint sur le bloc, puisque tu ne sais pas quelle sera la force à l'interface joint/bloc...

L'appli prend en compte le moment de frottement de la vis sur l'écrou avec le coeff. f et lui ajoute le moment de frottement de l'appui avec le coeff. fapp (chez toi : le coeff. de frottement joint sur appui)

Dans le cas présent cela ne fonctionne pas puisque la force de serrage du joint sur le bloc ne correspond pas à la force dans le filetage.

Comme tu le dis dans le message #16, je pense également que le moment résistant dû au joint sera négligeable.

[mAx6010]

Salut,

effectivement je rejoins Naalphi et mécano41 : le moment dû au frottement du joint sur le bloc est distinct du moment dû à l'appui de la collerette sur le bloc.

Le problème est que tu n'as pas de donnée te permettant de calculer les forces de frottement du joint sur le bloc, puisque tu ne sais pas quelle sera la force à l'interface joint/bloc...


Dans le cas présent cela ne fonctionne pas puisque la force de serrage du joint sur le bloc ne correspond pas à la force dans le filetage.

Comme tu le dis dans le message #16, je pense également que le moment résistant dû au joint sera négligeable.

Effectivement je bute sur la force à appliquer pour comprimer mon joint de x dixieme de mm.

[le_STI]

Je dirais "pas grand-chose" mais ce n'est pas très rigoureux

[Naalphi]

Merci pour le fichier.
Bizarre que le fichier excel ne passe pas. Vous avez essayé de le zipper, et/ou de le saucissonner . J aurai bien gratter dans les formules pour voir ce que vous calculez.
ou alors de supprimer les images dans le fichier excel pour l '"alleger"
J essaierai avec libreoffice mais sur un pc perso.

test fichier xls zippé

[Naalphi]

pour en revenir au sujet :

Tu dis " Pour un calcul de structure" , cela m'intrigue

[Naalphi]

test fichier natif zippé , au cas où la conversion xls entrainement des pertes/ou autre
(".ods" : libre office)

[mAx6010]

pour en revenir au sujet :

Tu dis " Pour un calcul de structure" , cela m'intrigue

Sur un test en pulsation sous 500bar on a ce bouchon qui s est desserré après 25k cycles.
On modifie le matériau du bouchon pour le augmenter le couple de serrage. Ok me demande si la nouvelle version tiendra avec un couple de serrage plus haut.
Je repars donc de la configuration initiale pour voir ce qu il en est et pour avoir une référence.
Mais en récupérant la force de serrage de 60kN le bouchon est trop sollicité.
D’où ma venue sur le forum.

[sh42]

Un cyclage à 500 bar, cela crée de grandes vibrations dans la " mécanique " sans compter les allongements-rétractations.

Le plus simple serait de faire un arrêt mécanique avec du cuivre. Le cuivre écroui a la résistance de l'acier doux mais il a l'avantage que s'il est chauffé au rouge cerise, il redevient mou.

J'ai fait des cyclages à 500 bars. Je me souviens de raccords dont les filets avaient été freinés au " frein-filet " normal. Certes c'était à 100° C, mais ils se sont desserrés. Il a fallu passer au " frein-filet " fort et après une semaine de cyclages, ils ont pu être désserrés sans effort particulier, alors que l'on s'attendait à utiliser le chalumeau.

[mAx6010]

Un cyclage à 500 bar, cela crée de grandes vibrations dans la " mécanique " sans compter les allongements-rétractations.

Le plus simple serait de faire un arrêt mécanique avec du cuivre. Le cuivre écroui a la résistance de l'acier doux mais il a l'avantage que s'il est chauffé au rouge cerise, il redevient mou.

J'ai fait des cyclages à 500 bars. Je me souviens de raccords dont les filets avaient été freinés au " frein-filet " normal. Certes c'était à 100° C, mais ils se sont desserrés. Il a fallu passer au " frein-filet " fort et après une semaine de cyclages, ils ont pu être désserrés sans effort particulier, alors que l'on s'attendait à utiliser le chalumeau.

Hello,
D apres ce que j ai compris on evite le frein filet chez nous. Cette problematique etant connue, on sert plus fort, avec donc modification du materiau du bouchon.
Mais mon probleme n est pas le desserrage en soi, mais le calcul de la force de serrage à partir du couple. Si effectivement le couple de friction du au joint est negligeable alors on repart sur du 60kN, ce qui sollicite le bouchon en statique (sans pression). Sachant que les calculs doivent avoir une marge de securité, et que le bouchon suit une norme, je ne peux pas croire à cet etat de contrainte.
Donc je suppose que le calcul de la force de serrage est erronné.
Je vais me pencher sur cette histoire d'angle

[le_STI]

En partant direct sur mon calcul, je trouve une force de serrage de 60kN pour un couple de 200N.m
Je passe en elements finis, et la je bloque car la piece est extremement sollicitée.

Aurais-tu une image qui montre la répartition des contraintes s'il te plait ?

En faisant un calcul simplifié en prenant la section minimale (section du disque en fond de filet - section de l'empreinte hexagonale), ça donne à peine ~130 MPa (sauf erreur de ma part).

[mAx6010]

Aurais-tu une image qui montre la répartition des contraintes s'il te plait ?

En faisant un calcul simplifié en prenant la section minimale (section du disque en fond de filet - section de l'empreinte hexagonale), ça donne à peine ~130 MPa (sauf erreur de ma part).

Le probleme n est pas au niveau du filetage, mais plus au niveau de la tête.
Ci-joint la repartion des contraintes VM (nouveau bouchon avec materiau plus endurant), j ai remis l echelle sur l ancien materiau (Rp0.2#300MPa)
Modele axisymmetrique avec force de serrage à 60kN (contact)