Dans les assemblages boulonnés de type traction-, la résistance globale de l'assemblage est principalement déterminée par la capacité portante-du boulon lui-même. La résistance des boulons est affectée par de multiples facteurs, notamment les propriétés des matériaux, la forme structurelle, les paramètres dimensionnels, les processus de fabrication et les techniques d'assemblage. Pour améliorer efficacement la capacité portante, la résistance à la fatigue et la fiabilité globale des assemblages boulonnés, l'amélioration de la résistance peut être obtenue grâce à l'optimisation structurelle, à l'amélioration des processus et à la standardisation de l'assemblage. Cet article présente systématiquement les mesures techniques clés pour améliorer la résistance des assemblages boulonnés.
01 Améliorer la répartition de la charge entre les dents filetées
Lorsque des écrous ordinaires standard sont utilisés, la charge axiale est inégalement répartie entre chaque tour de filetage engagé. En partant de la surface d'appui de l'écrou, le premier filetage supporte la plus grande partie de la charge, et la charge diminue progressivement sur les filetages suivants. L'analyse théorique et la vérification expérimentale montrent qu'un plus grand nombre de tours de filetage engagés entraîne des irrégularités de charge plus importantes. Les fils au-delà du 8ème au 10ème tour ne supportent pratiquement aucune charge. Par conséquent, la simple augmentation de l’épaisseur de l’écrou et des tours d’engagement du filetage ne peut pas améliorer la résistance des assemblages boulonnés.
Les écrous de tension suspendus peuvent améliorer considérablement la répartition de la charge du filetage. La section suspendue conique de l'écrou et la tige du boulon subissent une déformation en traction synchrone, réduisant ainsi la différence de déformation de pas entre leécrou et boulon, obtenant ainsi une répartition uniforme de la charge sur tous les filetages engagés. Les écrous à gorge annulaire-fonctionnent selon un principe similaire, égalisant efficacement la contrainte du filetage, améliorant l'efficacité de l'engagement du filetage et améliorant la résistance globale de la connexion.
02 Éviter et réduire les contraintes de flexion supplémentaires
Dans les processus de conception, d'usinage et d'assemblage, les boulons sont sujets à des contraintes de flexion supplémentaires causées par des erreurs structurelles, des écarts d'usinage et une installation non standard. Une contrainte de flexion supplémentaire détériore considérablement la résistance à la fatigue des boulons et constitue une cause majeure de rupture des boulons, qui doit être éliminée lors des pratiques de conception et d'assemblage.
Lorsque les boulons sont installés sur des surfaces rugueuses non usinées de pièces moulées ou forgées, des surfaces de contact inégales provoquent facilement une charge excentrique et une flexion des boulons. Dans les applications techniques, les bossages et les sièges à lamage sont généralement adoptés avec une découpe de précision pour former des surfaces d'appui plates. Cela garantit un ajustement sur toute la surface, élimine l'excentricité de l'assemblage et empêche la génération de contraintes de flexion supplémentaires.
03 Réduire la concentration des contraintes structurelles
Les racines de filetage et la zone de transition entre la tête de boulon et la tige sont des régions typiques de concentration de contraintes et des positions critiques sujettes aux défaillances. Parmi ces domaines, la concentration des contraintes au niveau des pieds de filetage a l'impact le plus significatif sur la résistance à la fatigue des boulons. L'optimisation de la géométrie structurelle pour réduire la concentration des contraintes est essentielle pour l'extensionboulondurée de vie en fatigue.
Les mesures d'optimisation courantes incluent l'augmentation du rayon de congé des racines de filetage pour atténuer les pics de contrainte locaux, l'élargissement du congé de transition entre la tête du boulon et la tige, et la conception de-rainures de soulagement des contraintes et d'encoches de soulagement aux positions de-contraintes élevées. Ces méthodes dispersent les contraintes concentrées, réduisent les valeurs de contraintes maximales et améliorent la résistance à la rupture du boulon.
04 Réduire l'amplitude du stress pour améliorer les performances en matière de fatigue
Sous une contrainte de travail maximale constante, une amplitude de contrainte plus petite entraîne de meilleures performances en fatigue et une durée de vie en fatigue plus longue. Avec une charge de travail constante et une précharge résiduelle, la réduction de la rigidité des boulons ou l'augmentation de la rigidité des composants connectés peuvent réduire efficacement l'amplitude des contraintes et améliorer la résistance à la fatigue. Dans de tels cas, la précharge doit être augmentée de manière appropriée pour garantir la fiabilité de la connexion.
Les méthodes courantes pour réduire la rigidité des boulons comprennent l'augmentation de la longueur effective du boulon, la réduction modérée du diamètre de la tige lisse, l'adoption de structures de boulons flexibles creux et l'installation d'éléments élastiques sous l'écrou pour obtenir un effet de boulon flexible. Les boulons flexibles présentent une grande capacité de déformation et une excellente absorption d'énergie, ce qui les rend adaptés aux conditions de travail avec des charges d'impact et de vibration.
Pour améliorer la rigidité des composants connectés, les joints déformables à faible-rigidité doivent être évités, car la compression du joint augmente la disparité de rigidité et augmente l'amplitude de contrainte des boulons. Pour les connexions d'étanchéité, des bagues d'étanchéité à haute -stabilité sont préférées pour maintenir la rigidité globale de la connexion et optimiser la répartition des contraintes.
05 Optimisation des processus de fabrication de boulons
Les processus de fabrication déterminent directement la microstructure de la surface, l'état des contraintes résiduelles et les performances en fatigue des boulons, en particulier pourboulons en acier-à haute résistance. Le laminage de filetage introduit un écrouissage de surface, forme des lignes d'écoulement de métal continues et intactes et génère une contrainte résiduelle de compression bénéfique sur la surface du filetage. Les fils roulés présentent une résistance à la fatigue nettement supérieure à celle des fils tournés de manière conventionnelle.
De plus, les traitements de renforcement de surface tels que la carbonitruration, la nitruration et le grenaillage peuvent affiner les microstructures de surface, éliminer les microdéfauts de surface et introduire une contrainte de compression résiduelle uniforme. Ces traitements inhibent l'initiation et la propagation des fissures de fatigue et améliorent considérablement la résistance à la fatigue et les performances globales de portance des boulons.
