Brevet FR3106634A1 — publié le 20210730

Ecrou comprenant au moins une jauge de déformation, boulon comportant au moins un tel écrou et dispositif de mesure d’une précha r ge exercée par un tel boulon L'invention a pour objet un écrou (22) comprenant au moins une jauge de déformation (30) positionnée sur la surface périphérique extérieure (24) de l’écrou et configurée pour générer au moins un signal en fonction d’une déformation de l’écrou (22) selon une direction de mesure parallèle à l’axe (A22) de l’écrou (22). L’invention a également pour objet un boulon comportant au moins un tel écrou ainsi qu’un dispositif de mesure d’une précharge exercée par un tel boulon. L’invention permet d’ajuster précisément la précharge au moment du serrage du boulon. Figure 2 Ecrou comprenant au moins une jauge de déformation, boulon comportant au moins un tel écrou et dispositif de mesure d’une précharge exercée par un tel boulon La présente demande se rapporte à un écrou comprenant au moins une jauge de déformation, à un boulon comprenant au moins un tel écrou ainsi qu’à un dispositif de mesure d’une précharge exercée par un tel boulon. Selon un mode de réalisation de l’art antérieur, un assemblage comprend au moins deux pièces, maintenues assemblées par au moins un boulon présentant une tige filetée, ainsi qu’un écrou configuré pour se visser sur la tige filetée et prendre appui en fonctionnement contre une face de contact d’une des pièces de l’assemblage. Les performances de l’assemblage dépendant de la précharge exercée par le boulon sur les pièces assemblées, cette dernière doit être ajustée le plus précisément possible au moment du serrage du boulon. Selon un premier mode de réalisation connu, le serrage d’un boulon est réalisé à l’aide d’une clé dynamométrique qui indique le couple de serrage. Toutefois, un tel outil ne permet pas d’obtenir une mesure précise de la précharge appliquée, car cette dernière ne dépend pas uniquement du couple de serrage mais également des coefficients de frottement entre les filets de la tige filetée et de l’écrou ainsi qu’entre l’écrou et la face de contact, qui sont des paramètres difficiles à maîtriser. Selon un autre mode de réalisation, le boulon comprend une rondelle instrumentée, intégrant un capteur de force, intercalée entre l’écrou et la face de contact de l’une des pièces de l’assemblage. Ce mode de réalisation n’est pas pleinement satisfaisant car une telle rondelle a un coût relativement élevé et augmente significativement la masse du boulon. Enfin, la rondelle instrumentée doit être positionnée coaxialement à la tige filetée pour que la mesure soit représentative de la précharge. Selon un autre mode de réalisation, la valeur de la précharge est déterminée grâce à une méthode ultrasonore basée sur la propagation d’une onde ultrasonore dans la tige filetée selon son axe longitudinal. Toutefois, la mise en œuvre de cette méthode est compliquée et nécessite un appareillage coûteux. De plus, cette méthode ultrasonore ne peut pas être mise en œuvre avec toutes les tiges filetées. Enfin, la qualité de la mesure peut être affectée en raison de la flexion de la tige filetée. Selon un autre mode de réalisation, la tige filetée comprend un trou percé selon son axe longitudinal, dans lequel est positionnée une jauge de déformation configurée pour mesurer l’allongement de la tige filetée. Ce mode de réalisation n’est pas satisfaisant car il nécessite de percer la tige filetée ce qui affecte nécessairement ses caractéristiques mécaniques. Enfin, la qualité de la mesure peut être affectée en raison de la flexion de la tige filetée. La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur. A cet effet, l’invention a pour objet un écrou présentant un axe, une surface périphérique extérieure, des première et deuxième faces terminales ainsi qu’un trou traversant, coaxial à l’axe, débouchant au niveau des première et deuxième faces terminales, configuré pour permettre un vissage de l’écrou, caractérisé en ce que l’écrou comprend au moins une jauge de déformation positionnée sur la surface périphérique extérieure et configurée pour générer au moins un signal en fonction d’une déformation de l’écrou selon une direction de mesure parallèle à l’axe de l’écrou. L’invention permet de pouvoir ajuster de manière précise une précharge exercée par un boulon, avec un surcoût limité et une masse supplémentaire réduite. Selon une autre caractéristique, l’écrou comprend au moins deux jauges de déformation. Selon une autre caractéristique, l’écrou comprend deux jauges de déformation diamétralement opposées. Selon une autre caractéristique, chaque jauge de déformation est espacée de chacune des première et deuxième faces terminales d’une distance supérieure ou égale à environ 1 mm. Selon une autre caractéristique, chaque jauge de déformation est espacée d’une des première et deuxième faces terminales d’une distance de l’ordre de 1 mm. Selon une autre caractéristique, chaque jauge de déformation présente une grande dimension, la jauge de déformation étant positionnée de manière à ce que sa plus grande dimension soit parallèle à l’axe de l’écrou. L’invention a également pour objet un boulon comprenant au moins un écrou selon l’une des caractéristiques précédentes ainsi qu’un dispositif de mesure d’une précharge exercée par un tel boulon. Ce dispositif de mesure comprend un appareil de mesure configuré pour recevoir au moins un signal généré par chaque jauge de déformation et pour déterminer une valeur de précharge en fonction de chaque signal reçu. Selon une autre caractéristique, l’appareil de mesure est distant de l’écrou. Selon une première configuration, l’appareil de mesure comprend au moins une base de données, pour chaque type d’écrou, associant une valeur de précharge aux valeurs du signal généré par chaque jauge de déformation, l’appareil de mesure étant configuré pour comparer une valeur d’un signal reçu aux valeurs répertoriées dans la base de données et déterminer la valeur de précharge associée à la valeur du signal reçu. Selon une deuxième configuration, l’appareil de mesure comprend un modèle numérique, pour chaque type d’écrou, permettant de calculer une valeur de précharge en fonction de chaque valeur du signal reçu et en ce que l’appareil de mesure est configuré pour calculer, à partir du modèle numérique, une valeur de précharge pour la valeur du signal reçu. Selon une autre caractéristique, en présence de plusieurs jauges de déformation, l’appareil de mesure est configuré pour calculer une valeur de précharge moyenne des valeurs de précharge déterminées à partir des valeurs des signaux reçus. Selon une autre caractéristique, le dispositif de mesure comprend un outil de serrage adapté à l’écrou intégrant l’appareil de mesure. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description de l’invention qui va suivre, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés parmi lesquels : est une coupe d’un assemblage comportant un écrou illustrant un mode de réalisation de l’invention, est une vue de côté d’un écrou illustrant un mode de réalisation de l’invention, et est un schéma d’un dispositif de mesure d’une précharge illustrant un mode de réalisation de l’invention. Selon un mode de réalisation visible sur la figure 1, un assemblage comprend au moins des première et deuxième pièces 10, 12 ainsi qu’au moins un boulon 14 maintenant les première et deuxième pièces 10, 12 assemblées. L’assemblage peut comprendre plus de deux pièces 10, 12. Selon une configuration, le boulon 14 comprend une vis 16 présentant une tige 18 ainsi qu’une tête 20 solidaire d’une première extrémité de la tige 18. Selon une autre configuration, le boulon 14 comprend une tige 18, sans tête, sous la forme d’un goujon, se vissant dans l’une des première et deuxième pièces 10, 12. Quelle que soit la configuration, la tige 18 présente un tronçon fileté 18.1 en saillie par rapport à une face de contact 10.1 d’une première pièce 10 de l’assemblage en fonctionnement. Selon une configuration, le tronçon fileté 18.1 s’étend sur toute la longueur de la tige 18. Selon une autre configuration, le tronçon fileté 18.1 ne s’étend pas sur toute la longueur de la tige 18, mais seulement sur une partie de la tige 18 en saillie par rapport à la face de contact 10.1. En fonctionnement, la tige 18 présente un axe A18 approximativement perpendiculaire à la face de contact 10.1. Chaque pièce 10, 12 de l’assemblage comprend un trou de passage 10T, 12T pour loger la tige 18 du boulon 14. Le boulon 14 comprend également au moins un écrou 22 (visible en détails sur la figure 2) qui présente un axe A22, une surface périphérique extérieure 24, des première et deuxième faces terminales 26.1, 26.2 ainsi qu’un trou traversant 28, coaxial à l’axe A22, débouchant au niveau des première et deuxième faces terminales 26.1, 26.2. Ces dernières sont planes et perpendiculaires à l’axe A22 de l’écrou 22. En fonctionnement, la première face terminale 26.1 est orientée vers la face de contact 10.1 de la première pièce 10 de l’assemblage. Le trou traversant 28 comprend au moins une première portion taraudée configurée pour coopérer avec le tronçon fileté 18.1 de la tige 18 et permettre un vissage de l’écrou 22 sur la tige 18. La surface périphérique extérieure 24 est configurée pour permettre de faire pivoter l’écrou à l’aide d’un outil. Selon une configuration, la surface périphérique extérieure 24 comprend au moins un premier tronçon extérieur 24.1 à section polygonale, comme une section hexagonale par exemple. Selon une configuration, la surface périphérique extérieure 24 comprend un premier tronçon extérieur 24.1 à section polygonale, qui s’étend à partir de la deuxième face terminale 26.2, ainsi qu’un deuxième tronçon extérieur 24.2 cylindrique qui présente une section supérieure au premier tronçon extérieur 24.1 à section polygonale et qui s’étend à partir de la première face terminale 26.1. Selon une caractéristique de l’invention, l’écrou 22 comprend au moins une jauge de déformation 30, fixée sur l’écrou 22 et positionnée sur la surface périphérique extérieure 24, configurée pour mesurer une déformation de l’écrou selon une direction de mesure parallèle à l’axe A22 de l’écrou 22. Selon un mode de réalisation, l’écrou 22 comprend au moins deux jauges de déformation 30, 30’. Le fait de prévoir au moins deux jauges de déformation permet d’améliorer la précision de la mesure en limitant les risques que cette dernière soit affectée par une éventuelle flexion du boulon 14. Les jauges de déformation 30, 30’ sont positionnées sur la circonférence de l’écrou 22 en étant espacées les unes des autres. Selon une configuration, l’écrou 22 comprend seulement deux jauges de déformation 30, 30’, diamétralement opposées. L’écrou 22 pourrait comprendre plus de deux jauges de déformation, réparties de manière homogène sur sa circonférence. Selon un mode de réalisation, chaque jauge de déformation 30, 30’ est collée sur la surface périphérique extérieure 24 de manière à ce qu’une déformation de l’écrou 22 sous une jauge de déformation 30, 30’ lui soit intégralement transmise. Selon une autre caractéristique, chaque jauge de déformation 30, 30’ est espacée de chacune des première et deuxième faces terminales 26.1, 26.2 d’une distance L supérieure ou égale à environ 1 mm. Selon un mode de réalisation, chaque jauge de déformation 30, 30’ est espacée d’une des première et deuxième faces terminales 26.1, 26.2 d’une distance L de l’ordre de 1 mm. Les jauges de déformation 30, 30’ sont positionnées en dehors du premier tronçon extérieur 24.1 à section polygonale pour ne pas entraver la mise en place d’un outil de serrage. Selon un mode de réalisation, chaque jauge de déformation 30, 30’ est positionnée sur le deuxième tronçon extérieur 24.2 cylindrique, à une distance de l’ordre de 1 mm de la première face terminale 26.1. Selon un mode de réalisation, chaque jauge de déformation 30, 30’ est positionnée de manière à ce que sa plus grande dimension, correspondant à la direction de mesure, soit parallèle à l’axe A22 de l’écrou 22. Chaque jauge de déformation 30, 30’ est configurée pour générer au moins un signal en fonction d’une déformation de l’écrou selon la direction de mesure parallèle à l’axe A22 de l’écrou. Un dispositif de mesure d’une précharge comprend, en plus de l’écrou 22 équipé d’au moins une jauge de déformation 30,30’, un appareil de mesure 32 configuré pour recevoir au moins un signal généré par chaque jauge de déformation 30, 30’ et déterminer une valeur de précharge 34 en fonction des signaux reçus. L’appareil de mesure 32 est distant de l’écrou 22. Selon un premier mode de réalisation, chaque jauge de déformation 30, 30’ est reliée à l’appareil de mesure 32 par une liaison filaire. Selon ce premier mode de réalisation, l’écrou 22 équipé des jauges de déformation 30, 30’ peut comprendre au moins un connecteur pour relier chaque jauge de déformation 30, 30’ à l’appareil de mesure 32. Selon un deuxième mode de réalisation, chaque jauge de déformation 30, 30’ est reliée à l’appareil de mesure 32 par une liaison sans fil. Selon ce deuxième mode de réalisation, chaque jauge de déformation 30, 30’ peut comprendre un système de communication sans fil, comme une puce RFID par exemple. Selon une première configuration, l’appareil de mesure 32 comprend au moins une base de données 36, pour chaque type d’écrou 22, associant une valeur de précharge aux valeurs du signal généré par chaque jauge de déformation 30, 30’. Ainsi, à réception d’un signal généré par une jauge de déformation 30, 30’, l’appareil de mesure 32 compare la valeur du signal reçu aux valeurs répertoriées dans la base de données 36 et détermine la valeur de précharge associée à la valeur du signal reçu. En présence de plusieurs jauges de déformation 30, 30’ générant chacune un signal, l’appareil de mesure 32 détermine, à partir de la base de données 36, une valeur de précharge correspondant à la valeur de chaque signal reçu et calcule une valeur de précharge moyenne des valeurs de précharge déterminées à partir des valeurs des signaux reçus. Pour la présente demande, les écrous d’un même type sont tous identiques et présentent la même géométrie, le même matériau et plus largement les mêmes caractéristiques. Selon une deuxième configuration, l’appareil de mesure 32 comprend un modèle numérique, pour chaque type d’écrou, permettant de calculer une valeur de précharge en fonction de chaque valeur du signal reçu. En présence de plusieurs jauges de déformation 30, 30’ émettant chacune un signal, l’appareil de mesure 32 calcule, à partir du modèle numérique, une valeur de précharge pour la valeur de chaque signal reçu et calcule une valeur de précharge moyenne des valeurs de précharge déterminées à partir des valeurs des signaux reçus. Selon un mode opératoire, la base de données 36 ou le modèle numérique associé à chaque type d’écrou est déterminé(e) à partir d’une série de mesures réalisées sur un banc d’essai. Selon un premier mode de réalisation, un même appareil de mesure 32 peut être utilisé pour ajuster la précharge de différents écrous d’un même type, un appareil de mesure 32 étant prévu pour chaque type d’écrou. Selon un autre mode de réalisation, un même appareil de mesure peut être utilisé pour ajuster la précharge de différents écrous de différents types. Selon ce mode de réalisation, l’appareil de mesure 32 comprend plusieurs bases de données 36 ou plusieurs modèles numériques, un pour chaque type d’écrou, l’appareil de mesure comprenant un système pour sélectionner la base de données 36 ou le modèle numérique à utiliser en fonction du type d’écrou 22 serré. Selon une première variante, l’appareil de mesure 32 est un appareil distinct d’un outil de serrage. Selon une deuxième variante, l’appareil de mesure 32 est intégré dans un outil de serrage utilisé pour serrer l’écrou 22. Selon un mode de réalisation, l’appareil de mesure 32 comprend un écran d’affichage 38 sur lequel est affichée la valeur de précharge 34 déterminée par l’appareil de mesure 32. Les jauges de déformation 30, 30’ sont conservées sur l’écrou 22 durant toute sa vie. Ainsi, la précharge peut être contrôlée, même après le serrage, durant toute la vie de l’écrou 22. Selon un mode opératoire, les jauges de déformation 30, 30’ sont fixées sur les écrous en usine. Lors du montage d’un boulon 14, les écrous 22 sont déjà équipés des jauges de déformation 30, 30’. Après la mise en place de la tige 18, l’écrou 22 est vissé sur le tronçon fileté 18.1 à l’aide d’un outil équipé de l’appareil de mesure 32. Le serrage est réalisé à vitesse réduite pour tenir compte des inerties de la tige 18 et de l’écrou. La valeur de la précharge s’affiche en temps réel sur l’écran d’affichage 38. Dès que la valeur de la précharge souhaitée est atteinte, le serrage est stoppé. Un même appareil de mesure 32 peut être utilisé pour ajuster plusieurs écrous d’un même type L’invention permet d’ajuster, de manière précise, la précharge exercée par le boulon 14 avec des jauges de contraintes présentant un coût réduit par rapport à une rondelle instrumentée intégrant un capteur de force. Ecrou (22) présentant un axe (A22), une surface périphérique extérieure (24), des première et deuxième faces terminales (26.1, 26.2) ainsi qu’un trou traversant (28), coaxial à l’axe (A22), débouchant au niveau des première et deuxième faces terminales (26.1, 26.2), configuré pour permettre un vissage de l’écrou (22), caractérisé en ce que l’écrou (22) comprend au moins une jauge de déformation (30, 30’) positionnée sur la surface périphérique extérieure (24) et configurée pour générer au moins un signal en fonction d’une déformation de l’écrou (22) selon une direction de mesure parallèle à l’axe (A22) de l’écrou (22). Ecrou selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’écrou (22) comprend au moins deux jauges de déformation (30, 30’). Ecrou selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’écrou (22) comprend deux jauges de déformation (30, 30’) diamétralement opposées. Ecrou selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque jauge de déformation (30, 30’) est espacée de chacune des première et deuxième faces terminales (26.1, 26.2) d’une distance (L) supérieure ou égale à environ 1 mm. Ecrou selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque jauge de déformation (30, 30’) est espacée d’une des première et deuxième faces terminales (26.1, 26.2) d’une distance (L) de l’ordre de 1 mm. Ecrou selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque jauge de déformation (30, 30’) présente une grande dimension et en ce que la jauge de déformation (30, 30’) est positionnée de manière à ce que sa plus grande dimension soit parallèle à l’axe (A22) de l’écrou (22). Boulon comprenant au moins un écrou selon l’une des revendications précédentes ainsi qu’une tige (18) présentant un tronçon fileté (18.1) permettant un vissage de l’écrou. Dispositif de mesure d’une précharge exercée par un boulon selon la revendication précédente, comprenant au moins un écrou selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de mesure comprend un appareil de mesure (32) configuré pour recevoir au moins un signal généré par chaque jauge de déformation (30, 30’) et pour déterminer une valeur de précharge (34) en fonction de chaque signal reçu. Dispositif de mesure selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’appareil de mesure (32) est distant de l’écrou (22). Dispositif de mesure selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l’appareil de mesure (32) comprend au moins une base de données (36), pour chaque type d’écrou (22), associant une valeur de précharge aux valeurs du signal généré par chaque jauge de déformation (30, 30’) et en ce que l’appareil de mesure (32) est configuré pour comparer une valeur d’un signal reçu aux valeurs répertoriées dans la base de données (36) et déterminer une valeur de précharge associée à la valeur du signal reçu. Dispositif de mesure selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l’appareil de mesure (32) comprend un modèle numérique, pour chaque type d’écrou, permettant de calculer une valeur de précharge en fonction de chaque valeur du signal reçu et en ce que l’appareil de mesure (32) est configuré pour calculer, à partir du modèle numérique, une valeur de précharge pour la valeur du signal reçu. Dispositif de mesure selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu’en présence de plusieurs jauges de déformation (30, 30’), l’appareil de mesure (32) est configuré pour calculer une valeur de précharge moyenne des valeurs de précharge déterminées à partir des valeurs des signaux reçus. Dispositif de mesure selon l’une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que le dispositif de mesure comprend un outil de serrage adapté à l’écrou, intégrant l’appareil de mesure (32).