VDI 2230 Blatt 1 version française (93 pages)

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La VDI 2230 est un document de référence concernant le calcul et la conception des assemblages vissés. Ce document d'origine allemande traite du calcul des vis une fois que l'on a déterminé les efforts sur ces vis. La traduction française réalisée par PIMECA concerne la dernière version parue en février 2003. Ces règles reconnues et à l'origine de nombreuses normes internationales depuis 1977 contiennent 5 exemples de calcul d'assemblages industriels traités en détail.

sommaire détaillé

  • Avant-propos aux règles VI 2230 partie 1 Nouvelle édition 2003
  • 1 Domaine d'application
  • 2 Comparaison avec les règles VDI 2230 partie 1 de juillet 1986 et la version révisée de Octobre 2001
  • 3 Répartition des efforts et déformations
    • 3.1 Présentation des procédures de calcul possibles
    • 3.2 Fondements des calculs des assemblages à un boulon, analyse des chargements et déformations
      • 3.2.1 Assemblage centré
      • 3.2.3 Assemblage excentré
      • 3.2.3 Décollement unilatéral de l'interface
      • 3.2.4 Influence d'un effort tangentiel
  • 4 Démarche de calcul
    • 4.1 Présentation
    • 4.2 Commentaires
  • 5 Grandeurs utilisées pour les calculs
    • 5.1 Souplesses élastiques de l'assemblage
      • 5.1.1 Souplesse du boulon
        • 5.1.1.1 Souplesse axiale
        • 5.1.1.2 Souplesse en flexion
      • 5.1.2 Souplesse des pièces assemblées
        • 5.1.2.1 Souplesse pour un assemblage centré
        • 5.1.2.3 Souplesse pour un assemblage excentré
        • 5.1.2.3 Souplesse pour un chargement de service axial excentré
    • 5.2 Introduction de l'effort
      • 5.2.1 Ligne d'action équivalente de l'effort axial – distance a
      • 5.2.3 Facteur d'introduction du chargement
        • 5.2.3.1 Fondements
        • 5.2.3.2 Démarche pour l'évaluation du facteur d'introduction de la charge n
    • 5.3 Répartition du chargement et effort additionnel dans le boulon
      • 5.3.1 Répartition de l'effort et effort additionnel dans la vis jusqu'à limite de décollement
        • 5.3.1.1 Chargement centré
        • 5.3.1.2 Chargement excentré
        • 5.3.1.3 Moment extérieur comme cas particulier
      • 5.3.2 Répartition à la limite de décollement sous chargement excentré
      • 5.3.3 Répartition dans un assemblage décollé
    • 5.4 Effort de serrage
      • 5.4.1 Effort minimum de serrage
      • 5.4.2 Evolution de l'effort de serrage
        • 5.4.2.1 Evolution de l'effort due à la mise en place et à la relaxation
        • 5.4.2.3 Evolution due à la température
      • 5.4.3 Effort de montage et couple de serrage
        • 5.4.3.1 Serrage au couple
        • 5.4.3.2 Serrage à l'angle
        • 5.4.3.3 Serrage à la contrainte limite d'élasticité
        • 5.4.3.4 Comparaison des procédés de serrage
        • 5.4.3.5 Effort minimum de serrage au montage
    • 5.5 Sollicitations et vérification de la tenue
      • 5.5.1 Sollicitations au montage
      • 5.5.2 Sollicitations en service
      • 5.5.3 Sollicitations en fatigue
      • 5.5.4 Pression de contact sous la tête de la vis et sous l'écrou
      • 5.5.5 Profondeur de filetage engagé
      • 5.5.6 Chargement tangentiel
        • 5.5.6.1 Généralités
        • 5.5.6.2 Répartition des efforts
        • 5.5.6.3 Sollicitation statique
        • 5.5.6.4 Sollicitation dynamique
  • 6 Règles de conception pour l'augmentation de la tenue en service des assemblages filetés
    • 6.1 Résistance de l'assemblage fileté
    • 6.2 Desserrage et dévissage dans les assemblages filetés
  • 7 Symboles et notations
  • Bibliographie
  • Annexe A : Tableaux de calcul
  • Annexe B : Exemples de calcul
  • Annexe C : Calcul du facteur d'introduction de la charge

Présentation de la VDI 2230, partie 1

La conception des assemblages mécaniques par vissage mérite une attention particulière surtout lorsque les efforts transmis sont importants. En effet la sécurité des personnes peut être liée à la bonne tenue de ces assemblages et en cas de défaillance la responsabilité du constructeur peut être engagée. De plus bien que le coût des éléments de fixation soit généralement faible par rapport à l'ensemble du produit les conséquences d'une défaillance sont souvent économiquement très importantes. Les règles allemandes VDI 2230 de conception des assemblages filetés sont très utilisées et à l'origine de nombreux travaux normatifs. Ce document dont la dernière version datait de 1986 a été révisé très récemment (Février 2003).

Les règles VDI 2230 partie 1 permettent de vérifier le dimensionnement des vis pour des assemblages mécaniques fortement sollicités. Ces règles traitent du dimensionnement d'une vis. La répartition des efforts de l'assembage sur les différentes vis sera l'objet de la partie 2. Des méthodes de calcul simplifiées sont également disponibles.

Le comportement des assemblages vissés

L'analyse du comportement mécanique des assemblages par vissage montre l'importance des paramètres suivants:

Couple de serrage
On applique un couple de serrage sur un élément fileté afin d'atteindre un effort de serrage à l'interface des pièces suffisamment grand pour que l'assemblage assure sa fonction. Les pertes très importantes dues aux frottements font que la maîtrise de l'effort de serrage réel est très difficile. On observe des dispersions importantes de l'effort de serrage en fonction des procédés de serrage utilisés. Le concepteur devra donc prendre en compte ces conditions de montage pour dimensionner l'assemblage.
Souplesse des pièces assemblées et des éléments filetés
On constate que la souplesse relative des pièces assemblées et des éléments filetés joue un rôle important dans le comportement de l'assemblage et en particulier sur la répartition des efforts entre la vis et les pièces assemblées.
Niveau d'introduction de la charge
Un effort de service axial tendant à séparer les pièces assemblées peut être introduit au niveau de l'interface des pièces ou bien sur la partie supérieure des pièces à proximité de la tête de vis et de l'écrou. Ce paramètre est important pour l'assemblage et on favorisera si possible une introduction des efforts à l'interface des pièces.
Excentration
L'existence d'un bras de levier entre la ligne d'application de l'effort et l'axe de la vis modifie considérablement le comportement de l'assemblage qui travaille alors en flexion. On veillera à éviter une excentration trop importante de l'effort. De même une excentration de l'axe de la vis par rapport à l'axe de la pièce modifie la raideur disponible de la pièce.
Transmission d'efforts tangents au plan de l'assemblage
Pour transmettre des efforts suivant le plan de l'assemblage on applique généralement un serrage supplémentaire tenant compte du coefficient de frottement à l'interface des pièces.
Perte de serrage lors de la mise place de l'assemblage
Les surfaces de contact présentent une rugosité. Ceci conduit à une perte de serrage qui est d'autant plus importante que l'assemblage est plus rigide.
Variations de température
L'évolution des conditions thermiques peut conduire à une évolution des forces de serrage. On devra tenir compte de ces effets lorsqu'ils sont significatifs.

Le calcul des assemblages avec une vis ou un élément fileté fortement sollicité

Des méthodes simplifiées sont disponibles pour dimensionner les vis des assemblages qui ne sont pas critiques

Méthode de calcul simplifiée

On présente ici une méthode simplifiée permettant d'estimer une dimension nécessaire de vis.

On peut distinguer trois étapes pour le dimensionnement :

  • dimensionnement sous effort statique
  • dimensionnement sous effort variable (fatigue)
  • dimensionnement de la profondeur de filetage

Procédure de calcul complète suivant VDI 2230 (février 2003)

L'existence d'une excentration du chargement par rapport à l'axe du boulon, le niveau d'introduction de la charge sur la pièce à l'interface ou sous la tête de vis et sur l'écrou, la position de la vis par rapport à la pièce sont des paramètres importants dont on ne peut négliger l'influence sur des assemblages fortement sollicités.

Les règles VDI 2230 propose une procédure complète pour dimensionner un élément fileté soumis à de fortes charges. La démarche complète comporte 14 étapes dont la liste figure ci-dessous:

R0
diamètre nominal de la vis, dimension limite à l'interface d, G
R1
facteur de serrage
R2
force minimale nécessaire de serrage
R3
force additionnelle dans la vis et les pièces, facteur de répartition de la charge
R4
évolution de l'effort de serrage due au tassement et à la température
R5
force de serrage minimale au montage
R6
force de serrage maximale au montage
R7
contraintes et efforts en conditions de montage
R8
contraintes et coefficient de sécurité en conditions de service statique
R9
contraintes et coefficient de sécurité en fatigue
R10
pressions de contact et coefficient de sécurité aux interfaces
R11
longueur d'engagement de filet minimale
R12
coefficient de sécurité et contrainte en cas de glissement
R13
couple de serrage
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