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Capteurs de force, capteurs de couple sur mesure, amplificateurs pour pont de jauges

Vis instrumentées _ Force de serrage

Mesure  dans les assemblages mécaniques

Définition :

Les vis, goujons et écrous en matériaux métalliques sont couramment utilisés pour assembler les composants mécaniques.
Bien qu’apparemment « simple » le serrage de pièces mécaniques est très difficile à définir et à modéliser par éléments finis dans son environnement en tant que composant mécanique d’assemblage.
 En effet, en fonction des conditions de chargement externes : élasticité, raideur, résistance combinée au cisaillement-traction.et les sollicitations mécaniques et thermo-mécaniques qui s’exercent sur les structures assemblées il faut faire le choix de la configuration la plus probable tout en prenant les conditions d’utilisation « maximales ».
 
Le contrôle du serrage par contrôle du couple (avec clés dynamométriques) permet de couvrir un grand nombre de cas de montages mécaniques dans les procédures d’assemblage.
Cependant, lorsque la précision de la valeur nominale de la force de serrage est requise, le contrôle via une clé dynamométrique n'est plus adapté.
Pour déterminer le couple de serrage d'une vis, on utilise des abaques donnant le couple de serrage en fonction de la classe de qualité ou classe de résistance de visserie, parmi les classes les plus utilisées en mécanique : 8.8 ,9.8, 10.9, 12.9 …
Exemple pour une vis de classe 8.8 : 
Rr (mini) = 100 x 8 = 800 N/mm² 
Re (mini) = Rr x Y/10 = 800 x 8/10 = 640 N/mm²
 
 

Mesure avec un capteur de force

On insère un capteur de force appelé : rondelle de force ou rondelle de charge avec un diamètre intérieur correspondant au diamètre de la vis. CAPTRONIC propose une gamme de rondelle de force et réalise des capteurs sur mesure en fonction des impératifs de performances métrologiques et caractéristiques dimensionnelles.
 
Les éléments de fixation filetés : vis, goujons, tiges filetées sont utilisés dans tous les secteurs pour assembler des produits allant des conduites aux engins de terrassement à usage industriel, des grues aux ponts, etc. Leur principe de fonctionnement est le suivant : ils créent une force de serrage exercée sur tout l'assemblage qui est capable de subir les conditions d'utilisation, sans se desserrer.
Les goujons correctement serrés se servent de leurs propriétés élastiques : pour être efficaces, ils se comportent comme des ressorts à grande raideur. À l'application d'une charge, le goujon s'étire et il y a une relation d’équilibre qui s’opère : fluage et relaxation qui font que la force de serrage évolue dans le temps après avoir effectué un serrage. Ceci crée une force de compression à travers tous les composants de l'assemblage.
 
Avantage de cette solution : simplicité et rapidité dans la mise en œuvre.
Parmi les inconvénients de cette solution est la nécessité d’un volume libre autour de la tête de vis pour intégrer le capteur. Ensuite, on doit obligatoirement modifier les conditions de serrage utilisant une longueur de vis supérieure pour le montage du capteur. 
 
 
 
 
Ci-contre un modèle de capteur de force : rondelle de charge
 
 
 
Ci-contre une solution d’intégration de rondelle de charge avec le capteur CFR-070TX

Mesure avec instrumentation  du trou calibré de la vis 

Dans le cas présent, la solution technique pour mesurer la force de serrage est réalisée grâce à un équipement de la vis avec jauge de contrainte collée dans un trou percé ,calibré et situé en partie haute localisé au niveau de la tête de vis.

Une instrumentation du corps de la tige sous la tête de vis

Comparativement à ce qui a été développé précédemment,on équipe la vis  avec jauge de contrainte en équipant de 2 jauges longitudinales le corps de la partie haute de la vis.Les lois de déformations sont identiques en fonction de la force appliquée,de la section de la tige de la vis et du module d’Young du matériau.