Connaissance des connexions filetées, les connaissances professionnelles les plus élémentaires !

En raison de sa structure simple, de son démontage et de son assemblage pratiques, les connexions filetées ont été standardisées, produites en série, à faible coût, une connexion fiable, une résistance, une rigidité et un autoverrouillage suffisants, et sont largement utilisées dans diverses structures et mécanismes métalliques.

Usinage CNC Tuofa a expliqué en détail le cas du traitement du fil, et en partageant notre processus de fabrication, faites en savoir plus à tout le monde sur le plaisir de la fabrication.

Principaux paramètres du filetage et de la connexion filetée

La surface extérieure du filetage est une hélice cylindrique. Une hélice cylindrique est la trajectoire d'un point se déplaçant le long de la surface cylindrique, et le déplacement axial a du point est proportionnel au déplacement angulaire a correspondant. Sur la surface cylindrique, les saillies et rainures continues formées le long de l'hélice sont appelées filetage.
image

Le filetage se compose d'un filetage externe et d'un filetage interne. Selon la forme du corps parent, le filetage est divisé en un filetage cylindrique et un filetage conique. Selon le type de dent, il peut être divisé en filetage triangulaire, filetage rectangulaire, filetage trapézoïdal et filetage dentelé. Le filetage triangulaire est utilisé pour la connexion, et les trois derniers filetages sont utilisés pour la transmission.

Les principaux paramètres du fil sont :

① Nombre de lignes : s'il y a plus de deux points mobiles et que le même mouvement hélicoïdal est effectué sur la même surface cylindrique en même temps et que la direction axiale est équidistante, une hélice multiligne sera formée. Le nombre de lignes d'hélice est appelé nombre de fils du fil, qui est représenté par n.

② Sens de rotation : La direction de déplacement angulaire et la direction de déplacement axial du point se déplaçant le long de la surface du cylindre sont différentes. La ligne en spirale est divisée en droitiers et gauchers. La vis qui est vissée dans le sens des aiguilles d'une montre est appelée filetage à droite, et la vis qui est vissée dans le sens inverse des aiguilles d'une montre est appelée filetage à gauche. , la plupart des filetages couramment utilisés sont pour droitiers.

③ Angle de dent α : demi-angle de dent α/2 : Sur le profil du filetage, la surface latérale reliant la crête de la dent et le fond de la dent est appelée flanc de dent, et l'angle α entre les flancs de dent adjacents est appelé angle de dent. L'angle α/2 entre le flanc et la ligne verticale de l'axe du filetage est appelé demi-angle de dent.

④ Diamètre extérieur (grand diamètre) d : Le diamètre de la surface cylindrique imaginaire qui coïncide avec la crête du filetage extérieur ou la racine du filetage intérieur est appelé diamètre extérieur (ou grand diamètre) du filetage, également appelé diamètre extérieur (ou grand diamètre) du filetage. diamètre nominal.

⑤ Diamètre intérieur (petit diamètre) d1 : Le diamètre de la surface cylindrique imaginaire qui coïncide avec la racine du filetage externe ou la crête du filetage interne est appelé diamètre interne (ou petit diamètre) du filetage.

⑥ Diamètre primitif d2 : Il fait référence au diamètre d'un cylindre primitif imaginaire, et la génératrice du cercle passe par l'endroit où la largeur de la rainure et la saillie sur le profil de la dent sont égales.

⑦ Pas P : la distance axiale entre les points correspondants sur la ligne médiane de deux dents adjacentes.

⑧ Pas S : la distance axiale entre les deux points correspondants sur la ligne médiane de deux dents adjacentes sur la même hélice, S=nP, pour un seul filetage, car n=1, donc S=P.

⑨ Angle d'hélice φ : sur le cylindre de diamètre moyen, l'angle entre la tangente de l'hélice et le plan perpendiculaire à l'axe du filetage.

Les principaux filetages utilisés pour le raccordement sont : le filetage ordinaire et le filetage pour tuyau. L'angle de profil du filetage ordinaire est de 60° et le diamètre extérieur d est le diamètre nominal. Le même diamètre nominal peut avoir des filetages de différents pas. Le fil avec le pas le plus grand est appelé fil grossier et le reste est appelé fil fin. Généralement, un filetage grossier est couramment utilisé pour la connexion et il est sélectionné en fonction de la norme de contrôle du diamètre nominal. Le filetage fin présente un petit angle de montée et un bon autoblocage. Le fil fin a une résistance plus élevée que le fil grossier, mais il n'est pas résistant à l'usure et facile à glisser, et est principalement utilisé pour les pièces à paroi mince.

Le filetage du tuyau a un filetage fin en pouces avec un angle de profil de 55°. Le diamètre nominal est le diamètre intérieur du tuyau. Il existe également des filetages coniques avec un angle de profil de 55° et 60°. Différentes charges peuvent assurer l’étanchéité de la connexion.

Principaux types de raccords filetés, pièces de raccordement standards

Les principaux types de connexions filetées sont :

①Connexion par boulons : lorsque les pièces connectées ne sont pas trop épaisses, utilisez des boulons ordinaires pour pénétrer dans deux (ou plus) trous connectés, puis serrez les écrous. C'est le plus largement utilisé.

② Connexion à vis : si l'une des connexions est épaisse, une connexion à vis peut être utilisée. La profondeur de vissage dépend du matériau de la vis et des pièces connectées. La profondeur de vissage minimale déterminée en fonction de la condition d'égalité de résistance se trouve dans le manuel correspondant. Ce type de connexion ne convient pas à la connexion qui est souvent démontée, et le démontage fréquent peut provoquer l'usure des trous de vis, ce qui entraîne des difficultés de réparation et la mise au rebut des pièces connectées.

③ Connexion de goujon à double extrémité : utilisée pour les occasions où l'une des pièces connectées est épaisse et souvent démontée. Lors du démontage, il suffit de retirer l'écrou et il n'est pas nécessaire de dévisser le goujon.

Lors de la conception, faites attention au fait que les goujons doivent être serrés. Lors du desserrage de l'écrou, assurez-vous que le goujon ne tourne pas dans le trou fileté. Les méthodes de fixation couramment utilisées pour les connexions à goujons à double extrémité sont illustrées dans la figure ci-dessous :

(a) À l'aide du filetage à ajustement serré, vissez-le dans le trou fileté pour former un serrage horizontal sur toute la longueur du raccord à vis ;

(b) Utilisez l'extrémité du filetage (filetage incomplet) pour la presser dans le trou fileté afin de former un serrage latéral local ;

(c) Utiliser la face d'extrémité de la bague de retenue pour appuyer contre le trou fileté et positionner le goujon axialement ;

(d) Utilisez la structure supérieure du goujon pour appuyer contre la surface inférieure du trou fileté afin de former une fixation axiale.

④Visser le raccord : visser le clou dans le trou fileté d'une pièce, de sorte que l'extrémité du clou soit contre la surface d'une autre pièce ou dans la fosse correspondante. Il est principalement utilisé pour fixer la position mutuelle de deux pièces et ne convient pas pour transmettre une force ou un moment important.

Il existe principalement les six types de connecteurs standards suivants pour les connexions filetées :

① Boulons : Il existe deux types de goujons bruts et de boulons raffinés selon différentes précisions d'usinage. Les têtes de boulons couramment utilisées sont la tête hexagonale standard, la petite tête hexagonale, la tête carrée...

② Goujon à double extrémité : les deux extrémités sont filetées et la longueur du filetage vissé dans l'extrémité du corps est L1. La taille de L1 est liée au matériau des pièces connectées. Lorsque l'acier est connecté à l'acier, L1=d, et lorsque l'acier est connecté à la fonte, L1=d. Lorsque L1=1.25d et L1=1.5d, lorsque l'acier est en alliage d'aluminium, L1=2d.

③ Vis : La structure et la forme sont similaires à celles des boulons, mais il existe de nombreuses formes de têtes de vis, dont les têtes hexagonales intérieures et extérieures peuvent appliquer un couple de serrage plus important. La tête ronde et la tête cruciforme ne sont pas pratiques pour appliquer un couple important, le diamètre ne doit donc pas être trop grand, généralement pas supérieur à 10 mm.

④ Vis de réglage : Il existe de nombreuses formes de tête et de queue. Les formes de queue couramment utilisées sont l’extrémité conique, l’extrémité plate et l’extrémité cylindrique. Généralement, l'extrémité arrière doit avoir une dureté suffisante.

⑤ Écrou : les écrous hexagonaux sont couramment utilisés, et ils sont également bruts et raffinés. Selon sa hauteur, il est divisé en écrou standard, écrou plat et écrou épais. S'il est nécessaire de réduire le poids et de démonter rarement, un écrou plat peut être utilisé et un écrou épais peut être utilisé lors de démontages fréquents.

⑥ Rondelle : Un accessoire couramment utilisé, placé entre l'écrou et la pièce connectée, peut protéger la surface d'appui ou empêcher le desserrage de l'écrou (rondelle élastique, etc.).

Niveau de résistance des attaches filetées

La norme nationale stipule : les fixations filetées sont classées en fonction des propriétés mécaniques de leur matériau, et le niveau de résistance est représenté par des chiffres : les boulons sont représentés par deux chiffres, le nombre avant la virgule décimale représente 1/100 de la limite de résistance à la traction du matériau. , et le nombre après la virgule représente la limite de résistance à la traction du matériau. 10 fois le rapport entre la limite d'élasticité et la limite de résistance à la traction. La noix est représentée par un chiffre. Afin d'éviter le grippage de la paire filetée et de réduire l'usure, le niveau de matériau de l'écrou doit être inférieur à celui du boulon.

Pré-serrage et anti-desserrage des raccords filetés

Selon que le raccord fileté est serré ou non, il est divisé en raccord lâche et raccord serré. Un exemple typique de connexion lâche est le boulon d'accouplement qui fixe la poulie, sur lequel n'agit que par une charge externe.

Dans les applications pratiques, la plupart des connexions doivent être serrées lors de l'assemblage, et la force exercée sur le boulon à ce moment-là est appelée force de pré-serrage. La précharge peut augmenter la rigidité et l’étanchéité des articulations et améliorer la capacité anti-desserrage.

Les parties standard du filetage de connexion peuvent répondre aux conditions d'auto-verrouillage. La friction entre l'écrou ou la tête du clou et la surface d'appui de la pièce à coupler aide également à empêcher l'écrou de se desserrer. Cependant, si la température change considérablement, ou si l'écrou est soumis à une charge d'impact, ou si les vibrations desserrent progressivement l'écrou, la conception doit être basée sur les conditions de travail, les exigences de fiabilité et les caractéristiques structurelles pour envisager la mise en place de dispositifs anti-desserrage. De tels dispositifs anti-desserrage peuvent généralement être répartis en trois catégories :

① Utilisation de la friction pour éviter le desserrage, la rondelle élastique est une pièce anti-desserrage simple et facile à utiliser, mais elle n'est pas très fiable en raison d'une élasticité inégale. Des écrous doubles peuvent également être utilisés pour empêcher le desserrage. Des contre-écrous peuvent également être utilisés pour empêcher le desserrage. L'extrémité supérieure de l'écrou de blocage est ouverte et fermée radialement, et après serrage, elle est ouverte et l'écrou est verrouillé élastiquement, ce qui est simple et fiable, et peut être démonté et assemblé plusieurs fois pour des occasions plus importantes.

② Utilisez la forme de l'accouplement pour éviter le desserrage

Utilisez la forme de l'accouplement supplémentaire ou modifiez la forme de la paire filetée afin que les paires filetées ne puissent pas tourner l'une par rapport à l'autre. Ses pratiques comprennent :

Écrou à fente hexagonale : installez une goupille fendue et percez des trous à l'extrémité de la vis lors de l'installation (voir la goupille fendue), qui peut être utilisée pour les connexions avec des changements importants dans la charge de la ligne d'impact.

Bague de retenue à une oreille : un côté est plié et fixé au côté de l'écrou, et l'autre côté est plié et fixé à la paroi latérale de la pièce connectée pour éviter un desserrage fiable.
 

Rondelle triple butée : Après avoir serré les trois écrous, soulevez les deux côtés de la rondelle et collez-les sur les côtés des trois écrous, de manière à ce que les trois écrous se serrent mutuellement.

Fil d'acier tandem : utilisé pour les connexions avec un petit nombre de vis et une disposition dense. Faites attention au sens de la connexion des fils. La direction à droite sur l'image est raisonnable et a un effet anti-desserrage, mais son installation prend du temps.

Point de poinçon d'extrémité : Il s'agit d'une butée permanente et est utilisée pour les raccords filetés qui ne sont pas destinés à être démontés.

③ Utilisez des matériaux supplémentaires pour éviter le desserrage, tels que souder l'écrou sur la tige du clou, souder le côté à mort ou enduire la surface du filetage avec de l'adhésif, ce qui empêche non seulement le desserrage mais également l'étanchéité.

Facteurs à prendre en compte dans la conception structurelle du groupe de boulons

① Du point de vue du traitement, la géométrie de la surface du joint doit être aussi simple que possible et le centroïde du groupe de boulons coïncide souvent avec le centroïde de la surface du joint. Il est préférable d'avoir deux axes de symétrie, pratiques pour le traitement des calculs. Les surfaces de joint en bande ou annulaires sont généralement utilisées pour réduire la quantité de traitement et l'impact des surfaces de joint inégales, tout en augmentant la rigidité de la connexion.

② Pour les groupes de boulons affectés par le moment, les boulons doivent être disposés aussi loin que possible de l'axe de symétrie, et le nombre de boulons sur le même cercle doit être de 4, 6, 8, 12... pour faciliter le marquage et indexage.

③ La force des boulons doit être raisonnable et le dispositif de décharge de charge peut être utilisé pour les boulons ordinaires soumis à des charges latérales. Ou utilisez des boulons à trous alésés pour éviter des charges de flexion supplémentaires sur les boulons (telles qu'une surface d'appui inégale, des trous d'écrou incorrects, une faible rigidité des pièces connectées, une déviation des trous du corps de connexion, etc.).

④ Faites en sorte que la force de pré-serrage de chaque boulon soit la même lors de l'assemblage, de manière à générer une pression uniforme sur la surface du joint. Par conséquent, l’entraxe t des boulons adjacents doit généralement être inférieur à 10d. Pour les connexions soumises à des exigences d'étanchéité, la valeur t doit être conçue conformément aux réglementations en vigueur. La taille de la valeur t prend également en compte l'espace mobile de la clé, de sorte que la valeur t ne peut pas être trop petite.

Condition de contrainte du groupe de boulons

① Assemblage de groupes de boulons soumis à une charge latérale : y compris l'assemblage de groupes de boulons, l'assemblage de boulons ordinaires et l'assemblage de boulons pour les trous d'alésage.

Pour les assemblages boulonnés ordinaires, la force de compression est générée entre les surfaces de joint après le pré-serrage des boulons, et la charge externe latérale est combattue par frottement.

Le trou articulé est relié à des boulons et la tige du boulon est soumise au cisaillement et à l'extrusion sous l'action d'une charge externe latérale.

② Pour l'assemblage d'un groupe de boulons soumis à un moment de rotation, la condition de force est fondamentalement la même que la charge latérale.

③ Connexion du groupe de boulons soumise à une charge axiale : plusieurs boulons sont uniformément sollicités et leurs axes sont les mêmes. On suppose que les boulons sont répartis uniformément et que chaque boulon est soumis à la même charge externe.

④ Groupe de boulons soumis au moment de rotation : la tendance de rotation est la même que celle du tournage M.

La figure (b) montre la répartition de la contrainte d'extrusion entre les surfaces de joint sous l'action de la précharge.

La figure (c) montre la répartition de la contrainte d'extrusion entre les surfaces de joint sous l'action du moment de renversement.

La figure (d) est le diagramme de distribution de la contrainte d'extrusion après la combinaison de la contrainte générée par le moment de renversement et la force de précharge sans tenir compte du changement de la force de précharge des boulons chargés. On peut voir sur la figure que la contrainte d'extrusion du bord gauche de la surface de joint est la plus petite et que la contrainte d'extrusion du bord droit est la plus grande.

Lors de la conception d'un assemblage boulonné, quel que soit le type de charge externe à laquelle il est soumis, la force résultante totale du groupe de boulons est d'abord obtenue, puis la résistance d'un seul boulon est calculée.

7. Mesures visant à améliorer la résistance des assemblages par boulons

①Améliorer la répartition inégale de la charge entre les threads

À partir de l'analyse de la déformation de rigidité, dans le processus de transmission de force, le boulon est tiré et le pas augmente, tandis que l'écrou est comprimé et le pas diminue. Les résultats de la recherche montrent que la déformation du filetage de la première bague est la plus importante à partir de la surface d'appui de l'écrou, suivie par la deuxième bague, puis diminue progressivement. Par conséquent, l’utilisation d’un écrou comportant trop de tours ne peut pas améliorer la résistance de la connexion. Afin d'améliorer la situation défavorable de la répartition de la charge sur le thread, les méthodes souvent utilisées sont :

Réglez l'écrou de suspension de manière à ce que le corps mère et le boulon soient tirés, réduisant ainsi la différence de variation de pas et répartissant uniformément la charge sur le filetage.

Utilisez un écrou oblique interne et l'extrémité vissée de l'écrou forme un angle oblique interne de 10°~15°. Le point de contrainte des cercles inférieurs des dents filetées avec la force d'origine est déplacé vers l'extérieur, la rigidité est réduite et la charge est déplacée vers le haut pour effectuer la répartition de la charge. ont tendance à être uniformes.

Écrou à gorge annulaire, l'écrou coupe la rainure, provoquant la traction de la partie de l'écrou, et l'effet est le même que celui de l'écrou de suspension.

Ces mesures sont compliquées à mettre en œuvre et ne conviennent que pour les occasions importantes.

②Réduire l'amplitude de contrainte des boulons

Pour les assemblages boulonnés soumis à des charges alternées, l'augmentation de la longueur du boulon, la réduction de la section transversale de la vis ou la réduction de la section élastique E du matériau de la vis peuvent réduire la rigidité de la vis, telle que la utilisation de boulons flexibles.

③ Pour réduire la concentration de contraintes, il existe des concentrations de contraintes sur les dents filetées du boulon, à l'extrémité du filetage, au niveau du congé de transition et au changement de section de tige. Parmi eux, la concentration de contraintes de la racine du filetage a une grande influence et le rayon de congé de la racine peut être augmenté. Par exemple, si r=0.1443p est augmenté jusqu'à r=0.21p, la résistance de l'assemblage par boulon peut être augmentée de 24 % à 40 %. De plus, l'élargissement du congé de transition de la tête et de la tige du clou, la découpe de la rainure de déchargement, en utilisant la transition de déchargement, et la rainure de rétraction de l'extrémité du filetage peuvent réduire la contrainte concentrée.

L’inconvénient de ces mesures est leur coût plus élevé et ne sont utilisées que pour des connexions importantes.

④ Évitez le stress supplémentaire

Si la surface d'appui n'est pas plate, le trou de l'écrou n'est pas correct, les pièces connectées ne sont pas poinçonnées en ligne droite, la rigidité des pièces connectées est trop faible et la connexion à tête de crochet entraînera une contrainte supplémentaire sur la connexion, ce qui doit être évité dans la conception.

⑤ Adopter un processus de fabrication raisonnable

Le processus de fabrication a une grande influence sur la résistance à la fatigue du boulon, et la contrainte résiduelle générée dans la couche superficielle du filetage pendant le traitement doit être éliminée.

Les fils roulés sont meilleurs que les fils tournants. Il n'est pas raisonnable d'éliminer les fibres métalliques en tournant le fil avec la meilleure qualité de surface, alors que le fil à rouler utilise le formage plastique du matériau. Après roulage, la structure métallique est tendue. La direction des fibres est la même et sa résistance est de 40 % à 95 % supérieure à celle des fils tournants.

La nitruration, la cyanuration et d'autres traitements de durcissement de surface sur la surface du filetage peuvent également améliorer la résistance à la fatigue du boulon.