Le serrage angulaire

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The Pater
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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par The Pater »

Un autre calcul rapide en supposant la structure trois fois moins raide que la vis (aluminium et joint de culasse se déformant pour bien épouser les formes de la culasse et du bloc moteur, pourquoi pas....), en bien, on reste dans le domaine élastique de la vis.

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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par Normand 1400 »

The Pater a écrit :Mon calcul ne démontre aucunement que la vis est serrée jusque dans son domaine plastique. Pas de conclusion hâtives.....A+
Non, pas de conclusions hâtives en effet.

Mais quand tu compares les valeurs relevées au ban par les auteurs du graphe et les valeurs que j'ai relevées sur véhicule, elles ne sont pas si différentes (20 à 30%) bien que l'allure générale de la courbe soit identique.

On n'a pas d'indications sur le module de rigidité du ban (pas plus moi que les auteurs de l'article qui s'interrogent d'ailleurs sur ce module, le ban appartenant à une usine Renault) ; néanmoins, on peut supposer que ce module doit être beaucoup plus élevé que celui de l'ensemble culasse + joint.

Et le diagramme montre quand même clairement que la vis se plastifie au delà de 185° d'angle ; que la courbe réelle sur culasse soit décalée d'environ un tiers par rapport à la courbe au ban ne me choque donc absolument pas.

Et, là encore, le ressenti au maniement de l'outil confirme très nettement que la limite élastique est dépassée.
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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par The Pater »

Normand 1400 a écrit : On n'a pas d'indications sur le module de rigidité du ban (pas plus moi que les auteurs de l'article qui s'interrogent d'ailleurs sur ce module, le ban appartenant à une usine Renault) ; néanmoins, on peut supposer que ce module doit être beaucoup plus élevé que celui de l'ensemble culasse + joint.
Si le banc propose une raideur de structure bien plus élevé que la structure réelle (culasse/joint/bloc) alors tout est faussé. Rien ne permet d'affirmer que la vis va bien dans le domaine plastique sur moteur réel.

Sur le banc, c'est peut être bien la vis qui va dans le domaine plastique, alors qu'en réalité, la vis reste dans le domaine élastique et c'est le joint (ou autre) qui entre dans le domaine plastique (fluage lors de l'écrasement).

Pour l'instant je ne suis pas convaincu que la vis entre dans le domaine plastique....ou qu'elle qu'elle reste dans le domaine élastique. Seuls mes acquis tendent à me faire dire qu'amener les vis dans le domaine plastique paraît vraiment surprenant et contraire à mon éducation de mécanique générale.
Et le diagramme montre quand même clairement que la vis se plastifie au delà de 185° d'angle ; que la courbe réelle sur culasse soit décalée d'environ un tiers par rapport à la courbe au ban ne me choque donc absolument pas.
Et, là encore, le ressenti au maniement de l'outil confirme très nettement que la limite élastique est dépassée.
Le diagramme et donc les mesures, et enfin ton ressenti montrent bien le passage dans la zone plastique d'un des éléments de la structure serrée + vis. Mais pas de la vis seule. Cela peut être la vis seule, cela peut être autre chose (comme le joint)seule, comme cela peut être le joint et la vis.

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Normand 1400
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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par Normand 1400 »

Dimensions de la vis :

rondelle d'appui de diamètre 24 mm (alésage à 12,5)

longueur en prise dans le bloc : environ 25 mm

longueur totale de la partie filetée : 125 mm

Le fait que tu peines à imaginer que la vis travaille en phase élasto-plastique n'est pas choquant ; j'ai potassé ma doc et notamment quelques notes tirées d'un bouquin d'un gars de Supaéro (Guillot) et rien ne laisse supposer en effet qu'une telle idée soit pertinente.

Mais tout cela date, aussi, toujours la même chose.

Tiens, j'ai sous le nez une doc de Toyota sur le moteur 3 litres 125 CV à injection indirecte qui mentionne le recours à ce type de visserie (extensible (sic)) montée -en prime- sur l'équipage mobile!!! :shock:

Sur le dépassement de la limite élastique de la culasse, j'ai de gros doutes. Tu ne crois pas qu'on aurait des risques de fissuration interne dans la masse de l'alu provoquées par les variations de contraintes?

Par ailleurs, je suppose que le rapport de 3 que tu imagines ci-dessus n'est autre que le rapport des modules de l'acier et de l'alu?

Quant au joint de culasse, j'aurais tendance à dire que c'est le fluage de longue durée qui le caractérise le mieux ; à vue de nez, un fluage de 5 % de son épaisseur nominale (plausible, comme valeur, non?) provoquerait une perte de serrage équivalant à une bonne dizaine de degrés à la vis...

Dernier point : quand on examine la culasse, on constate que les vis traversent une sorte de puits. Dans le cas d'une pièce d'allure relativement élancée, l'ami Guillot conseille justement d'opter pour une vis beaucoup plus souple que la pièce (dommage, il ne donne pas d'indications sur le rapport des modules). C'est aussi pour cela qu'il me semblait logique d'avoir un module de vis plus faible que celui de la culasse...
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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par The Pater »

Normand 1400 a écrit : Sur le dépassement de la limite élastique de la culasse, j'ai de gros doutes. Tu ne crois pas qu'on aurait des risques de fissuration interne dans la masse de l'alu provoquées par les variations de contraintes?
Perso, je ne crois pas trop au dépassement de la limite élastique de la culasse, mais on ne sait jamais.
Par contre, s'il y a effectivement une entrée dans la zone plastique d'une partie de la culasse, je ne crois pas une seconde, dans notre cas, à ce qu'il apparaisse des fissures.

Je me pose bien plus de questions sur le joint de culasse, qui AMHA me semble l'élément le plus déformable, et, entre autre, pourquoi les joints métalliques sont des "milles feuilles" ? Pour faciliter la déformation (expension horizontale sous l'effort de compression) ?
Par ailleurs, je suppose que le rapport de 3 que tu imagines ci-dessus n'est autre que le rapport des modules de l'acier et de l'alu?
Cela aurait pu, mais la forme de la culasse ferait que la raideur sera plus élevée que le résultat d'un simple raisonnement que le module de l'alu est trois fois inférieur au module de l'acier car on ne raisonne pas sur la même forme des pièces.
Pour des vis en acier et des structures en acier, on a l'habitude de dire que la raideur de la structure est entre 5 et 10 fois la raideur du boulon. Donc si la structure est en alu, sa raideur reste supérieure à la vis.

En fait, je me suis simplement demandé quelle serait la raideur de la structure pour ne pas que la vis entre dans le domaine plastique.

Mais rien ne contredit que par exemple la structure ait une raideur supérieure, mais la limite élastique d'un élément (joint de culasse ?) est atteint et la raideur de la structure s'effondre.

Je ne sais plus trop quoi penser à ce sujet. J'attends l'arrivée de collègues du serrage industriel pour en discuter avec eux car ils ont l'habitude du serrage de culasse des gros diesels (avec tendeur de boulons hydrauliques). Peut être que j'en tirerai une information supplémentaire pouvant m'éclairer.

C'est aussi pour cela qu'il me semblait logique d'avoir un module de vis plus faible que celui de la culasse...
Tu veux dire "raideur" et non module ?

Dans pratiquements tous les montages, pas tous, les vis ont une raideur inférieure à la structure comme indiqué plus haut dans cette intervention. Et normalement, on choisi des vis pour éviter, sous le bon serrage, qu'elles entrent dans le domaine plastique.

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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par The Pater »

Bon, mes collègues du serrage industriel indiquent que pour les moteurs (ils ont l'expérience des gros diesels), les vis ne vont pas dans le domaine plastique, sauf problème au serrage.

Problèmes au serrage :
1) Clef dynamométrique non étalonnée
2) Mauvais coef de friction au niveau des filets. Cela influe sur le serrage au couple et/ou peut donner de fort contraintes de torsion (pouvant aller au delà de la limite élastique) lors du serrage angulaire

Pour eux, un serrage dès le début dans la zone plastique de la vis, est très surprenant car qu'advient-il ensuite après la mise en température du moteur (allongement supplémentaire) et surtout de la tenue à la fatigue ?

Par contre, ils n'ont jamais senti un phénomène d'entrée en zone plastique lors d'un serrage angulaire de culasse....... car ils n'utilisent pas cette méthode :wink:

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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par Normand 1400 »

Quelques éléments supplémentaires.

La notion de visserie extensible est très fréquemment rencontrée. Voici par exemple un extrait de la doc Toyota dont je parlais :

Image
Image
Ce ne sont pas des extraits du manuel d'atelier, juste un extrait d'une doc de présentation aux concessionnaires datée de 1996 (les Japs ont donc des docs adaptées au public cible).

Le couplet sur l'équipage mobile est intéressant : seules les bielles sont montées de la sorte. Mais tu noteras que les vis de tête de bielle ne reprennent pas l'effort moteur. Elles maintiennent juste le chapeau et les demi coquilles du coussinet. Les tourillons qui, eux, se reprennent l'effort moteur, sont montés avec une visserie classique.

J'ai l'intime conviction que ce genre de visserie convient aux assemblages au sein desquels les variations d'effort sont mineures comparées aux efforts parasites dûs aux déformations (fluage, élasticité etc.) des pièces.

J'en reviens aux culasses séparées des VM : contrairement à une culasse classique, très résistante à la flexion longitudinale, donc qui reporte les efforts générés par la combustion sur la quasi totalité des vis, une culasse monocylindrique reporte l'effort sur les quatre vis adjacentes. Donc ce sont ces efforts qui deviennent déterminants et là, je doute fort qu'une visserie extensible soit adaptée.

Mais une visserie classique va fatiguer exagérément le joint, d'où la nécessité de la resserrer après un certain temps, voire régulièrement, dans le cadre d'une stratégie de maintenance pointue.

J'imagine difficilement que les gens de Solihull se soient plantés dans leurs calculs des échanges thermiques ; en revanche je croirais plus à une maintenance incontournable pour ce genre de moteur qui n'a sans doute été que très rarement faite, d'où d'importants dommages.

Quant on voit la conception très chiadée de ce moteur, on peine à croire que sa maintenance ne le soit pas également...

Et comme de nos jours il faut faire simple sinon personne ne se casse le tronc pour suivre, bingo! :twisted:

En ce qui concerne les joints, je ne serais pas surpris non plus que les efforts de cisaillement dans le plan de joint soient à l'origine de nombreuses avaries. L'introduction des joints multifeuilles métalliques doit convertir en micro glissements entre feuilles les dilatations différentielles bloc/culasse.

Tous les débuts de fuite que j'ai rencontrés sur des joints de culasse se produisaient lors des montées en température, au moment où les glissements différentiels sont les plus importants.

Enfin, deux planches relatant l'évolution de la visserie sur le Xud.
Image
Image
J'ai tendance à croire qu'est ici résumée l'histoire récente :
  • vint d'abord l'ère de la clé dynamométrique

    vint ensuite l'ère du serrage angulaire

    vint enfin l'ère de la visserie élastoplastique.
Le montage du F8M date de la deuxième ère...
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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par The Pater »

Normand 1400 a écrit : J'en reviens aux culasses séparées des VM :..................

J'imagine difficilement que les gens de Solihull se soient plantés dans leurs calculs............

AMHA, Les ingés de LR n'ont rien à voir avec le VM, à part remonter les problèmes à VM et modifier les manuels selon les solutions données par VM.

Bon, sur le sujet des vis de culasse dépassant la limite élastique, je ne sais pas trop quoi penser (bis).

Mes convictions sont ébranlées par tes infos et en même temps je reste distant par rapport aux doc "marketing pouvant être mal traduites" et aux conclusions hâtives de certaines mesures.

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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par Normand 1400 »

Si j'avais encore accès à la version en ligne (donc récente) des "techniques de l'ingénieur", le problème serait réglé...

As-tu refait les calculs avec les trois générations de vis de culasse du Xud? A priori, je subodore que l'effort de serrage visé est toujours le même (soit un couple à la clé de l'orde de 70-80 N.m -filets correctement lubrifiés- qui s'exerce sur un joint de culasse déjà comprimé/flué).

D'une manière générale, si j'ai bien lu les docs de tous âges que j'ai sous la main, un serrage élastique, c'est moins de 50-60 N.m en phase initiale et pas plus de 120° (on utilise la clé dynamo dans la plage où les frottements sont limités puis on finit à l'angle pour être plus précis comme tu l'indiquais ci-avant) et un serrage élastoplastique, c'est 60-70 N.m + au moins 180° (on va plus haut dans le couple à la clé mais ce n'est pas grave puisque le passage à la phase plastique réduit les dispersions de tension dans les vis puis on finit à l'angle pour bien étirer la vis).

En brassant tout ça, on doit pouvoir dégager des ordres de grandeur sur les efforts de serrage recherchés et la raideur des pièces assemblées...

Le problème sous-jacent est la perte de serrage avec le temps, qui entraîne des fuites et une destruction complète du joint. Je ne serais pas étonné que la visserie extensible ait pour objectif de limiter ces pertes de serrage.

Par ailleurs, pour le VM, j'aimerais savoir si des utilisateurs ayant resserré les culasses et surveillé minutieusement leurs moteurs ont quand même connu des avaries.

Enfin, la doc dont j'ai mis des extraits en ligne n'était pas franchement commerciale, donc destinée à enfumer le gogo moyen...
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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par OLIV29 »

j'ai remplace le joint de culasse sur un 2,5l vm en utilisant la procedure de "camboui".
j'ai opte pour le serrage defini par jeep, qui soit dit en passant sont les seuls a interdire la reutilisation des vis alors que sur une doc land rover ils preconisent de les changer toute les trois fois!
3500 km plus tard de route et de franchissement : ras .
sur le mien,idem , 70 000 km zero soucis.
petite precision tout de meme, dans les deux cas,nous avons opte pour un joint unique MLS.on touche du bois tous les jours :sm11:
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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par The Pater »

Normand 1400 a écrit : As-tu refait les calculs avec les trois générations de vis de culasse du Xud?
Non, car je me dit qu'il faudrait que j'ai plus d'info sur la structure, que je puisse inclure l'influence du serrage de plusieurs vis sur les contraintes des vis et enfin l'influence de la mise en température du moteur. Sans les bonnes infos, je vais encore sortir un résultat qui ne voudra rien dire....

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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par Normand 1400 »

OLIV29 a écrit :j'ai remplace le joint de culasse sur un 2,5l vm en utilisant la procedure de "camboui".
j'ai opte pour le serrage defini par jeep, qui soit dit en passant sont les seuls a interdire la reutilisation des vis alors que sur une doc land rover ils preconisent de les changer toute les trois fois!
3500 km plus tard de route et de franchissement : ras .
sur le mien,idem , 70 000 km zero soucis.
petite precision tout de meme, dans les deux cas,nous avons opte pour un joint unique MLS.on touche du bois tous les jours :sm11:
C'est vrai que de réutiliser les vis de culasse est un peu risqué, même s'il s'agit de vis classiques. Comme a dit Pater au début, corrosion et fatigue sont le lot de ces vis, autant ne pas tenter le diable...

Les joints MLS doivent mieux tenir en effet. Ils reprennent bien les efforts de cisaillement et ne fluent pratiquement pas. Ce qui tendrait à prouver que le VM est plus costaud qu'il n'en a l'air si on gère bien le vieillissement du joint ou si on monte un joint moins fragile.

Les 70 000 km du tien représentent quoi? Le kilométrage total du moteur ou le kilométrage du joint?

Si tu as toi même changé le joint, avais-tu remplacé une culasse? Quel était l'état de surface des plans de joints?

Si je pose cette question, c'est parce que les multifeuilles exigent des états de surface excellents, ce qui oblige parfois à rectifier aussi le bloc...

On voit des gens râler après les MLS alors qu'ils les ont montés sur un plan de joint piqué de corrosion... :twisted:
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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par OLIV29 »

etat de surface du bloc correct,4culasses neuves, et 70 000 c'est le kilometrage du joint.
quotidiennement 65 km de voie express + franchissement 1 we par mois environ,vitesse sur voie express 100 - 110 avec des pointes de temps en temps pour depasser(rare).
vidange moteur tous les 10 000 + filtres . voila voila :sm11:
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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par Normand 1400 »

Une question pour Oliv29 : qu'est ce qui a justifié le remplacement des culasses (changement préventif ou culasses fendues)?

Deux questions pour le Pater, qui concernent l'effet des rapports de rigidité sur le comportement des pièces d'un assemblage par éléments filetés :

es-tu d'accord quand je dis que l'effort dû à la combustion du gas oil se distribue inégalement entre les vis de culasse et la culasse et que si la rigidité de la vis est faible devant celle de la culasse, la culasse reprendra plus d'effort par son relâchement que la vis par son allongement?

es-tu également d'accord quand je dis que l'effet de filtrage de la composante dynamique d'un effort est d'autant plus important que le serrage initial induit des contraintes proches de la limite d'élasticité qui ont pour effet de diminuer la raideur de la vis?
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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par The Pater »

Normand 1400 a écrit : es-tu d'accord quand je dis que l'effort dû à la combustion du gas oil se distribue inégalement entre les vis de culasse et la culasse
Oui dans le sens où chaque cylindre n'est pas en temps moteur en même temps. Donc la répartition des efforts dans la culasse et les vis sera de toute façon inégale
et que si la rigidité de la vis est faible devant celle de la culasse, la culasse reprendra plus d'effort par son relâchement que la vis par son allongement?
???

L'effort d'allongement de la vis est égale à l'effort du serrage de la culasse contre le bloc moteur (et le joint), moteur à l'arrêt.

En fonctionnement, la pression interne des chambres ajoutent un effort positif ou négatif sur la culasse. Cet effort plus l'effort d'allongement des vis est égale à l'effort de compression de la culasse.

Si on prend le moteur à l'arrêt pour une meilleure compréhension, l'effort (la force) de compression de la culasse est égal à la force (ou somme des forces) d'allongement de la vis (des vis). La rigidité ne change rien à cela. La rigidité va faire varier la déformation. Plus l'élément est rigide, moins il se déforme.
es-tu également d'accord quand je dis que l'effet de filtrage de la composante dynamique d'un effort est d'autant plus important que le serrage initial induit des contraintes proches de la limite d'élasticité qui ont pour effet de diminuer la raideur de la vis?
Explique moi ce que tu entends par "effet de filtrage de la composante dynamique d'un effort".

Il y a diminution de la raideur et diminution de la raideur.

Si tu amènes la vis dans son domaine plastique et que tu continues à lui appliqué un effort constant au plus grand, la raideur s'effondre car elle avance dans le domaine plastique.

Mais si la vis a été dans son domaine plastique et que tu réduis l'effort et que tu la fait travailler avec des efforts moindre que le maxi que tu lui as appliqué, elle va travailler dans son nouveau domaine élastique. Sa raideur sera inférieure car, allongée dans le domaine plastique tu as réduit en un endroit de la vis son diamètre de manière irrémédiable.


Je veux bien (je fais un effort ;) ) que les vis soient amenées dans le domaine plastique au montage, puis un peu plus en faisant chauffer le moteur. Mais par la suite elles ne doivent travailler que dans leur nouveau domaine élastique, sauf surchauffe du moteur. Si les vis n'arrêtent pas d'aller dans un domaine plastique où les déformations sont irrémédiable, tu vas rapidement à la casse de la vis.

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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par Normand 1400 »

Je me suis mal expliqué... :sm11:

Je passe sur la démonstration théorique de la chose, le but étant de ne pas fuir tout le monde because ésotérisme forcené... :mrgreen:

Voici ce qui se passe au serrage ; si la rigidité de la vis (ou du boulon) est plus faible que celle des pièces assemblées (cas général correspondant au croquis ci-dessous), l'allongement de la vis est supérieur au raccourcissement des pièces assemblées (ici culasse + joint) Fo étant l'effort généré au serrage :
Image
En revanche, sous l'effort produit par la combustion (supposé introduit pile poil dans l'axe de la vis), allongement et raccourcissement sont égaux en valeur absolue. Mais les modules étant différents, l'effort repris par la pièce la plus rigide (ici la culasse) est plus important que celui repris par la vis, Fe étant l'effort généré par la combustion :
Image
Donc plus le module de la vis est faible, moins l'effort dû à la combustion a d'effet sur elle et donc meilleure est sa tenue puisque l'accroissement de contrainte reste faible à modéré : c'est le principe de filtrage des efforts dynamiques.

En plus, l'effet des dilatations thermiques (culasse) est très fortement atténué. Idem pour l'effet des déformations différées (fluage) du joint.

Je me souviens avoir resserré ma culasse de F8M de 6° après 160 000 km (soit dix ans après montage) : cela a quasiment interrompu un suintement visible du joint de culasse. Soit un rapprochement de la culasse vers le bloc de l'ordre d'un bon centième de mm.

C'est dire l'échelle infiniment faible (et l'importance) des déplacements pour l'étanchéité d'un joint...

Voili, voilu.
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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par OLIV29 »

:sm1: et oui,deux culasses fendues(cylindres 1 et 4,classique) j'ai prefere changer les 4 et garder les deux autres au cas ou... ben au cas ou rien pour l'instant :lol:
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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par The Pater »

Normand 1400 a écrit : En revanche, sous l'effort produit par la combustion (supposé introduit pile poil dans l'axe de la vis), allongement et raccourcissement sont égaux en valeur absolue. Mais les modules étant différents, l'effort repris par la pièce la plus rigide (ici la culasse) est plus important que celui repris par la vis, Fe étant l'effort généré par la combustion :
Image
Donc plus le module de la vis est faible, moins l'effort dû à la combustion a d'effet sur elle et donc meilleure est sa tenue puisque l'accroissement de contrainte reste faible à modéré : c'est le principe de filtrage des efforts dynamiques.
té té té té.....

Tu es obligé d'avoir la somme des efforts égale à zéro et puis le dessin n'est pas représentatif de ce qui se passe dans le moteur car la vis et la structure s'allongent dans le même sens, c'est que soit la structure se dilate, soit on tire sur la vis.

La pression due à la combustion comprime la culasse et étire les vis. De plus la vis s'allonge de l'allongement du joint et du bloc moteur moins la compression de la culasse. L'allongement de la vis n'égale pas, même en valeur absolue la compression de la culasse. Et là, la vis supporte l'effort de serrage+effort de combustion, tout comme la culasse. Même efforts, variation dimensionnels différents

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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par Normand 1400 »

The Pater a écrit :...Tu es obligé d'avoir la somme des efforts égale à zéro
C'est précisément cette condition d'équilibre des forces qui conduit au deuxième dessin ...
The Pater a écrit :et puis le dessin n'est pas représentatif de ce qui se passe dans le moteur car la vis et la structure s'allongent dans le même sens, c'est que soit la structure se dilate, soit on tire sur la vis.
... et à la conclusion que sous l'effort, la culasse se comprime et la vis s'allongent d'une même valeur, mais sont le siège de forces différentes.

C'est la force de serrage intiale qui change complètement la donne.

J'ai eu un peu de mal à admettre cela aussi. A fallu s'attarder un peu sur la démonstration théorique...:sm11:
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The Pater
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Re: Le serrage angulaire

Message non lu par The Pater »

Normand 1400 a écrit : ... et à la conclusion que sous l'effort, la culasse se comprime et la vis s'allongent d'une même valeur, mais sont le siège de forces différentes.
Cela n'a rien à voir avec le cas d'une culasse et les vis d'une culasse

Dans le cas de ton dessin, si tu tires sur la vis, donc que tu augmentes la distance entre tête de vis et écrou, tu augmentes l'effort dans la vis et tu diminues l'effort dans la structure (tu diminues le serrage).

Dans le cas de la culasse, l'effort subit par la culasse est de même intensité que l'effort que subit la(les) vis. La culasse ne se comprime pas de la même valeur que l'allongement de la vis.

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