Clé dynamométrique - Torque wrench

Une clé dynamométrique

Une clé dynamométrique est un outil utilisé pour appliquer un couple spécifique à un élément de fixation tel qu'un écrou , un boulon ou un tire-fond . Il se présente généralement sous la forme d'une clé à douille avec des mécanismes internes spéciaux.

Une clé dynamométrique est utilisée lorsque le serrage des vis et des boulons est crucial. Il permet à l'opérateur de régler le couple appliqué à la fixation afin qu'il puisse être adapté aux spécifications d'une application particulière. Cela permet une tension et un chargement appropriés de toutes les pièces. Une clé dynamométrique utilise le couple comme indicateur de tension des boulons. La technique souffre d'une imprécision due à un frottement incohérent ou non calibré entre l'attache et son trou d'accouplement. La mesure de la tension du boulon (indirectement via l'étirement du boulon) est en fait ce qui est souhaité, mais souvent le couple est la seule mesure pratique qui peut être effectuée.

Les tournevis dynamométriques et les clés dynamométriques ont des objectifs et des mécanismes similaires.

Histoire

Illustration conceptuelle de la clé brevetée de JH Sharp

Le premier brevet pour une clé dynamométrique a été déposé par John H. Sharp de Chicago en 1931. Cette clé était appelée clé dynamométrique et serait aujourd'hui classée comme clé dynamométrique indicatrice.

En 1935, Conrad Bahr et George Pfefferle ont breveté une clé dynamométrique à cliquet réglable. L'outil présentait un retour audible et une restriction du mouvement de retour à cliquet lorsque le couple souhaité était atteint. Bahr, qui travaillait pour le service des eaux de la ville de New York, était frustré par le serrage incohérent des boulons de bride qu'il a trouvés alors qu'il s'occupait de son travail. Il a affirmé avoir inventé le premier outil de limitation de couple en 1918 pour atténuer ces problèmes. Le partenaire de Bahr, Pfefferle, était ingénieur pour SR Dresser Manufacturing Co et détenait plusieurs brevets.

Les types

Rayonner

Clé dynamométrique à poutre. La barre indicatrice reste droite tandis que l'arbre principal se plie proportionnellement à la force appliquée sur la poignée.

Vue détaillée de l'échelle d'affichage du couple sur une clé dynamométrique à poutre. Cela montre un couple d'environ 160 in.lbf ou 18 N·m.

La forme la plus basique de clé dynamométrique se compose de deux faisceaux. Le premier est un levier utilisé pour appliquer le couple à l'attache à serrer et sert également de poignée de l'outil. Lorsqu'une force est appliquée à la poignée, elle dévie de manière prévisible et proportionnelle à ladite force conformément à la loi de Hooke. La deuxième poutre n'est attachée qu'à une extrémité à la tête de la clé et libre à l'autre, elle sert de poutre indicatrice. Ces deux faisceaux sont parallèles l'un à l'autre lorsque l'outil est au repos, le faisceau indicateur étant généralement placé au-dessus. L'extrémité libre du faisceau indicateur est libre de se déplacer sur une échelle calibrée fixée au levier ou à la poignée, marquée en unités de couple. Lorsque la clé est utilisée pour appliquer un couple, le levier se plie et le faisceau indicateur reste droit. Ainsi, l'extrémité du faisceau indicateur indique l'amplitude du couple qui est actuellement appliqué. Ce type de clé est simple, intrinsèquement précis et peu coûteux.

La clé dynamométrique à poutre a été développée entre la fin des années 1920 et le début des années 1930 par Walter Percy Chrysler pour la Chrysler Corporation et une société connue sous le nom de Micromatic Hone. Paul Allen Sturtevant, un représentant des ventes de la Cedar Rapids Engineering Company à l'époque, a été autorisé par Chrysler à fabriquer son invention. Sturtevant a breveté la clé dynamométrique en 1938 et est devenu le premier individu à vendre des clés dynamométriques.

Une variante plus sophistiquée de la clé dynamométrique à poutre a un indicateur à cadran sur son corps qui peut être configuré pour donner une indication visuelle, ou une indication électrique, ou les deux lorsqu'un couple préréglé est atteint.

Faisceau de renvoi

La clé dynamométrique à faisceau déflecteur à double signal a été brevetée par la société australienne Warren and Brown en 1948. Elle utilise le principe consistant à appliquer un couple à un faisceau déflecteur plutôt qu'à un ressort hélicoïdal. Ceci est censé aider à prolonger la précision de la clé tout au long de sa durée de vie, avec une plus grande marge de sécurité sur la charge maximale et fournit des lectures plus cohérentes et précises sur toute la plage de chaque clé. L'opérateur peut à la fois entendre le clic du signal et voir un indicateur visible lorsque le couple souhaité est atteint.

Schéma simplifié d'une clé dynamométrique à faisceau déflecteur

La clé fonctionne de la même manière générale qu'une clé dynamométrique à poutre ordinaire. Il y a deux poutres toutes deux connectées à la tête mais une seule à travers laquelle un couple est appliqué. La poutre porteuse est droite et va de la tête à la poignée, elle dévie lorsqu'un couple est appliqué. L'autre faisceau (faisceau indicateur) passe directement au-dessus du faisceau de déviation sur environ la moitié de la longueur, puis se penche sur le côté à un angle par rapport au faisceau de déviation. Le faisceau indicateur conserve son orientation et sa forme pendant le fonctionnement. De ce fait, il y a un déplacement relatif entre les deux poutres. La clé dynamométrique à faisceau déflecteur diffère de la clé dynamométrique à faisceau ordinaire dans la façon dont elle utilise ce déplacement relatif. Une échelle est fixée au faisceau de déviation et sur celle-ci est fixée une cale qui peut être glissée le long de l'échelle parallèlement au faisceau de flexion. Cette cale permet de régler le couple souhaité. Directement face à ce coin se trouve le côté du faisceau indicateur coudé. De ce côté fait saillie une goupille, qui agit comme un déclencheur pour une autre goupille, cette dernière goupille est à ressort et se déclenche hors de l'extrémité du faisceau indicateur une fois que la goupille de déclenchement entre en contact avec le coin réglable. Ce tir fait un clic fort et donne une indication visuelle que le couple souhaité a été atteint. La goupille indicatrice peut être réinitialisée en la repoussant simplement dans le faisceau indicateur.

Pantoufle

Principe simplifié d'une tête de type chausson

Une clé dynamométrique de type pantoufle se compose d'un mécanisme à galet et à came (ou similaire). La came est fixée à la tête d'entraînement, le galet pousse contre la came la bloquant en place avec une force spécifique qui est fournie par un ressort (qui est dans de nombreux cas réglable). Si un couple capable de vaincre la force de maintien du rouleau et du ressort est appliqué, la clé glissera et plus aucun couple ne sera appliqué au boulon. Une clé dynamométrique à pantoufle ne serrera pas excessivement la fixation en continuant à appliquer un couple au-delà d'une limite prédéterminée.

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Clé dynamométrique à clic avec douille attachée, ajustée en tournant la poignée moletée

Dessin conceptuel du fonctionnement d'une clé dynamométrique à clic

Une méthode plus sophistiquée de préréglage du couple consiste à utiliser un mécanisme d' embrayage calibré . Une forme courante utilise une détente à bille et un ressort , le ressort étant préchargé par un filetage de vis réglable , calibré en unités de couple. La détente à bille transmet la force jusqu'à ce que le couple préréglé soit atteint, moment auquel la force exercée par le ressort est surmontée et la bille "clique" hors de son logement. Cette conception offre une plus grande précision ainsi qu'un retour tactile et audible. La clé ne commencera pas à glisser une fois le couple souhaité atteint, elle ne fera que cliquer et se plier légèrement au niveau de la tête ; l'opérateur peut continuer à appliquer un couple à la clé sans aucune action ou avertissement supplémentaire de la part de la clé.

Un certain nombre de variantes de cette conception existent pour différentes applications et différentes plages de couple. Une modification de cette conception est utilisée dans certains forets pour éviter de creuser les têtes de vis tout en les serrant. La perceuse commencera à glisser une fois le couple souhaité atteint.

Clé "sans moyeu"

Ce sont des clés dynamométriques spécialisées utilisées par les plombiers pour serrer les bandes de serrage sur les raccords de tuyaux de sol sans moyeu . Ce sont généralement des clés à poignée en T avec une combinaison à cliquet et à embrayage à sens unique . Ils sont préréglés à un couple fixe conçu pour fixer correctement l'accouplement mais insuffisant pour l'endommager.

Clé dynamométrique électronique

Clés dynamométriques électroniques

Avec les clés dynamométriques électroniques (indicateurs), la mesure se fait au moyen d'une jauge de contrainte fixée sur la tige de torsion. Le signal généré par le transducteur est converti dans l'unité de couple requise (par exemple N·m ou lb _f ·ft) et affiché sur l'affichage numérique. Un certain nombre de joints différents (détails de mesure ou valeurs limites) peuvent être enregistrés. Ces valeurs limites programmées sont ensuite affichées en permanence pendant le processus de serrage au moyen de LED ou de l'écran. Dans le même temps, cette génération de clés dynamométriques peut stocker toutes les mesures effectuées dans une mémoire de lecture interne. Cette mémoire de lectures peut ensuite être facilement transférée vers un PC via l'interface (RS232) ou imprimée directement sur une imprimante. Une application courante de ce type de clé dynamométrique est la documentation en cours de processus ou à des fins d'assurance qualité. Le niveau de précision typique serait de ±0,5 % à 4 %.

Clés dynamométriques / angulaires électroniques programmables

La mesure du couple est effectuée de la même manière qu'avec une clé dynamométrique électronique, mais l'angle de serrage à partir du point de serrage ou du seuil est également mesuré. L'angle est mesuré par un capteur d'angle ou un gyroscope électronique. Le procédé de mesure d'angle permet de reconnaître les joints déjà serrés. La mémoire de lecture intégrée permet d'évaluer statistiquement les mesures. Les courbes de serrage peuvent être analysées à l'aide du logiciel via le système de courbes de serrage intégré (graphique force/chemin). Ce type de clé dynamométrique peut également être utilisé pour déterminer le couple de rupture, le couple dominant et le couple final d'un travail de serrage. Grâce à un procédé de mesure spécial, il est également possible d'afficher la limite d'élasticité (serrage contrôlé par rendement). Cette conception de clé dynamométrique est très appréciée des constructeurs automobiles pour documenter les processus de serrage nécessitant à la fois un contrôle du couple et de l'angle car, dans ces cas, un angle défini doit être appliqué à la fixation en plus du couple prescrit (par exemple 50 N⋅m ou 37 lbf⋅ft + 90° – ici le 50 N⋅m ou 37 lbf⋅ft signifie le point/seuil serré et +90° indique qu'un angle supplémentaire doit être appliqué après le seuil).

En 1995, Saltus-Werk Max Forst GmbH a déposé un brevet international pour la première clé dynamométrique électronique avec mesure d'angle ne nécessitant pas de bras de référence.

Clés dynamométriques mécatroniques

Clé dynamométrique mécatronique

La mesure du couple est réalisée de la même manière qu'avec une clé dynamométrique à clic mais, en même temps, le couple est mesuré sous forme de lecture numérique (clic et couple final) comme avec une clé dynamométrique électronique. Il s'agit donc d'une combinaison de mesures électroniques et mécaniques. Toutes les mesures sont transférées et documentées via une transmission de données sans fil. Les utilisateurs sauront qu'ils ont atteint le réglage de couple souhaité lorsque la clé "bip".

Clés dynamométriques hydrauliques

Les clés dynamométriques hydrauliques sont utilisées pour serrer des couples importants avec une grande précision. Ils sont utilisés pour l'assemblage de machines aéronautiques et lourdes et sont des outils spécialisés. Leur construction générale varie en fonction du fabricant et des exigences de couple. Généralement, ils sont constitués d'au moins un vérin hydraulique actionnant une tête d'entraînement à cliquet. Le cylindre s'étend en poussant la tête d'entraînement autour des cliquets, puis se rétracte librement sur les dents d'encliquetage. Le processus est répété jusqu'à ce que le couple souhaité soit atteint. Les clés dynamométriques hydrauliques plus petites ont un bras de réaction intégré à l'outil, qui repose contre une autre attache ou une partie de l'assemblage pour empêcher la rotation lorsque le couple est appliqué. Les modèles plus grands nécessitent d'autres dispositifs de fixation afin d'empêcher la rotation.

Clé dynamométrique pneumatique

Couple de réglage de la clé dynamométrique pneumatique sur les boulons.

Une clé dynamométrique pneumatique est un multiplicateur de couple planétaire ou une boîte de vitesses couplée à un moteur pneumatique pneumatique . En bout de boîte de vitesses, un dispositif de réaction absorbe le couple et permet à l'opérateur de l'outil de l'utiliser avec très peu d'effort. Le couple de sortie est ajusté en contrôlant la pression d'air.

Ces multiplicateurs de couple planétaires ont des rapports de multiplication jusqu'à 125:1 et sont principalement utilisés lorsqu'un couple précis est requis sur un écrou et un boulon, ou lorsqu'un écrou tenace doit être retiré. Pour les applications critiques, le couple "final" est souvent appliqué avec un outil de haute précision.

Contrairement à une clé à chocs standard , à laquelle elle ressemble, une clé dynamométrique pneumatique est entraînée par un engrenage continu, et non par les marteaux d'une clé à chocs, elle a donc très peu de vibrations.

La clé dynamométrique pneumatique a été inventée en Allemagne au début des années 1980.

Les capacités de couple des clés dynamométriques pneumatiques vont de 118 Nm à un maximum de 47 600 Nm.

Un moteur pneumatique utilisant de l'air comprimé est la source d'alimentation la plus courante pour les clés dynamométriques pneumatiques, qui nécessitent généralement de 20 à 25  CFM .

Standardisation des clés dynamométriques

ISO

L' Organisation internationale de normalisation maintient la norme ISO 6789. Cette norme couvre la construction et l'étalonnage des outils dynamométriques manuels. Ils définissent deux types d'outils dynamométriques englobant douze classes, ceux-ci sont donnés par le tableau ci-dessous. Le pourcentage d'écart admissible par rapport au couple souhaité est également indiqué.

La norme ISO stipule également que même en cas de surcharge de 25 % de la valeur nominale maximale, l'outil doit rester utilisable de manière fiable après avoir été réétalonné. Le réétalonnage des outils utilisés dans les limites spécifiées doit avoir lieu après 5 000 cycles de serrage ou 12 mois, selon la première éventualité. Dans les cas où l'outil est utilisé dans une organisation qui a ses propres procédures de contrôle qualité, le programme d'étalonnage peut être organisé conformément aux normes de l'entreprise.

Les outils doivent être marqués avec leur plage de couple et l'unité de couple ainsi que le sens de fonctionnement pour les outils unidirectionnels et la marque du fabricant. Si un certificat d'étalonnage est fourni, l'outil doit être marqué d'un numéro de série qui correspond au certificat ou un laboratoire d'étalonnage doit donner à l'outil un numéro de référence correspondant au certificat d'étalonnage de l'outil.

COMME MOI

L' American Society of Mechanical Engineers maintient la norme ASME B107.300. Cette norme a la même désignation de type que la norme ISO avec l'ajout de l'outil dynamométrique de type 3 (limiteur). Ce type libère le variateur une fois que le couple souhaité est atteint afin qu'aucun couple supplémentaire ne puisse être appliqué. Cette norme, cependant, utilise différentes désignations de classe au sein de chaque type ainsi que des variantes de style et de conception supplémentaires au sein de chaque classe. La norme sépare également les outils manuels et électroniques en différentes sections et désignations. Les normes ASME et ISO ne peuvent pas être considérées comme compatibles. Le tableau ci-dessous donne certains des types et tolérances spécifiés par la norme pour les outils dynamométriques manuels.

Les outils doivent être marqués avec le numéro de modèle de l'outil, l'unité de couple et la marque du fabricant. Pour les outils unidirectionnels, le mot « COUPLE » ou « COUPLE » et le sens de fonctionnement doivent également être marqués.

Utiliser des clés dynamométriques

Précision

Les clés dynamométriques à clic sont précises lorsqu'elles sont correctement étalonnées, mais le mécanisme plus complexe peut entraîner une perte d' étalonnage plus tôt que le type à faisceau, où il y a peu ou pas de dysfonctionnement (cependant, la fine tige indicatrice peut être accidentellement déformée). Les clés dynamométriques à faisceau sont impossibles à utiliser dans les situations où l'échelle ne peut pas être lue directement - et ces situations sont courantes dans les applications automobiles . L'échelle sur une clé de type à poutre est sujette à une erreur de parallaxe , en raison de la grande distance entre le bras indicateur et l'échelle (sur certaines conceptions plus anciennes). Il y a aussi le problème de l'augmentation des erreurs de l'utilisateur avec le type de poutre - le couple doit être lu à chaque utilisation et l'opérateur doit faire preuve de prudence pour appliquer des charges uniquement au point de pivot de la poignée flottante. Les versions à double faisceau ou à faisceau « plat » réduisent la tendance du pointeur à frotter, tout comme les pointeurs à faible frottement.

Rallonges

L'utilisation de barres de tricheur qui s'étendent à partir de l'extrémité de la poignée peut endommager la clé, donc seul l'équipement spécifié par le fabricant doit être utilisé.

L'utilisation de rallonges de poignée ou de douille ne nécessite aucun ajustement du réglage du couple.

L'utilisation d'une patte d'oie ou d'une extension similaire nécessite l'utilisation de l'équation suivante :

$${\displaystyle T_{w}={\frac {T_{d}A}{A+B}}}$$

l'utilisation d'une combinaison d'extensions de poignée et de patte d'oie nécessite l'utilisation de l'équation suivante :

$${\displaystyle T_{w}={\frac {T_{d}(A+C)}{A+B+C}}}$$

où:

• ${\displaystyle T_{w}}$ est le couple indiqué par la clé (couple de réglage),
• ${\displaystyle T_{d}}$ est le couple souhaité,
• ${\style d'affichage A}$ est la longueur de la clé dynamométrique, du manche au centre de la tête,
• ${\style d'affichage B}$ est la longueur de l'extension de la patte d'oie, du centre de la tête de la clé dynamométrique à la ligne médiane du boulon,
• ${\style d'affichage C}$ est la longueur de l'extension de la poignée, de l'extrémité de l'extension à la poignée de la clé dynamométrique.

Ces équations ne s'appliquent que si l'extension est colinéaire avec la longueur de la clé dynamométrique. Dans d'autres cas, la distance entre la tête de la clé dynamométrique et la tête du boulon, comme si elle était alignée, doit être utilisée. Si l'extension est réglée à 90°, aucun réglage n'est nécessaire. Ces méthodes ne sont pas recommandées, sauf dans des circonstances extrêmes.

Espace de rangement

Pour les types à clic (ou autres micromètres), lorsqu'ils ne sont pas utilisés, la force agissant sur le ressort doit être supprimée en réglant l'échelle à sa valeur nominale minimale afin d'éviter un réglage permanent du ressort. Ne mettez jamais une clé dynamométrique de type micromètre à zéro car le mécanisme interne nécessite une petite tension afin d'empêcher le déplacement des composants et la réduction de la précision.

Étalonnage

Comme pour tout outil de précision, les clés dynamométriques doivent être périodiquement réétalonnées. Comme indiqué précédemment, selon les normes ISO, l'étalonnage doit avoir lieu toutes les 5 000 opérations ou tous les ans, selon la première éventualité. Il est possible que les clés dynamométriques soient décalibrées jusqu'à 10 % au cours de la première année d'utilisation.

L'étalonnage, lorsqu'il est effectué par un service spécialisé qui respecte les normes ISO, suit un processus et des contraintes spécifiques. L'opération nécessite un équipement d'étalonnage de clé dynamométrique spécialisé avec une précision de ±1% ou mieux. La température de la zone où l'étalonnage est effectué doit être comprise entre 18 °C et 28 °C avec une fluctuation ne dépassant pas 1 °C et l' humidité relative ne doit pas dépasser 90 %.

Avant que tout travail d'étalonnage puisse être effectué, l'outil doit être préchargé et serré sans mesure selon son type. L'outil est ensuite connecté au testeur et une force est appliquée sur le manche (à pas plus de 10° de la perpendiculaire) pour des valeurs de 20 %, 60 % et 100 % du couple maximum et répétée selon leur classe. La force doit être appliquée lentement et sans mouvement saccadé ou irrégulier. Le tableau ci-dessous donne plus de détails concernant le modèle de test pour chaque classe de clé dynamométrique.

Bien qu'un étalonnage professionnel soit recommandé, pour certaines personnes, ce serait hors de leurs moyens. Il est possible de calibrer une clé dynamométrique dans le magasin à domicile ou le garage. Le procédé nécessite généralement qu'une certaine masse soit attachée à un bras de levier et que la clé dynamométrique soit réglée au couple approprié pour soulever ladite masse. L'erreur dans l'outil peut être calculée et l'outil peut être modifié ou tout travail effectué ajusté pour cette erreur.

Voir également

Remarques

Les références

Liens externes

• Mesure de la précision de la clé dynamométrique