FR2855236A1 - Assembly with high fatigue resistance, e.g. for pump pistons made using conical thread with trapezoidal teeth meshing flank-to-flank - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un assemblage àThe present invention relates to an assembly with
haute résistance à la fatigue applicable par exemple aux tiges de pompage, présentant une interférence diamétrale qui réduit l'interférence axiale. Elle concerne plus 5 particulièrement un assemblage qui incorpore un filetage conique, des dents trapézoïdales et un contact de dents flancflanc. high resistance to fatigue applicable for example to pumping rods, having diametric interference which reduces axial interference. It relates more particularly to an assembly which incorporates a conical thread, trapezoidal teeth and a sidewall tooth contact.
Le problème des ruptures sur les tiges de 10 pompage est particulièrement important pour les tiges de 22,22 mm (7/8") de diamètre, degré D, API-11B. Une grande partie des ruptures se situe sur la zone de la dernière dent enclavée de l'assemblage, appelée " pin " de la tige. The problem of ruptures on pumping rods is particularly important for rods 22.22 mm (7/8 ") in diameter, degree D, API-11B. A large part of the ruptures is in the area of the last enclosed tooth of the assembly, called "pin" of the stem.
En réponse à ce problème, il a été développé un assemblage 15 pour tiges de pompage en insistant sur la résistance à la rupture provoquée par la fatigue. On a analysé l'influence des différentes variables, telle que l'angle de flanc de dent, l'interférence axiale et l'interférence diamétrale, jusqu'à l'obtention d'une conception apte à être soumise 20 aux essais. Les analyses ont été réalisées en utilisant la méthode des éléments finis. En premier, on a analysé le comportement de l'assemblage d'une tige de pompage pleine de 22.22 mm (7/8") degré D, et d'une variante de la conception, consistant à éliminer les deux dernières dents 25 enclenchées du " pin " (R. Toscano et J. Pereiras, "Analyse par éléments finis de l'union d'une tige de pompage 7/8" degré D. Calcul des paramètres de fatigue et de leur variation pour une conception alternative proposée". Rapport CINI 1.1705/01, Janvier 2001). Ensuite, 30 un autre rapport (R. Toscano et J. Pereiras, "Analyse par éléments finis d'une tige de pompage 7/8" degré D pour différentes valeurs d'interférence axiale. Rapport CINI 1.1731/01, Avril 2001) étudia l'influence de l'interférence axiale sur les paramètres de fatigue, et 35 détermina le besoin d'optimiser la valeur de l'interférence axiale, de manière à assurer que l'épaule reste fermée pendant tout le processus de charge et décharge mais sans forcer le couple, puisque les valeurs des paramètres de fatigue s'aggravent du fait de 5 l'augmentation de l'interférence axiale. Enfin, un autre rapport (R. Toscano et J. Pereiras, " Analyse par éléments finis de l'union d'une tige de pompage 7/8" degré D. (Modification simple de la conception standard) ". Rapport CINI 1.1749/01, Juin 2001) analysa une conception 10 d'assemblage qui consiste en une modification simple de la conception standard (" vanishing thread "), dont les performances n'ont pas été améliorées par rapport au dispositif de l'art antérieur. In response to this problem, an assembly 15 for pumping rods has been developed, emphasizing the resistance to rupture caused by fatigue. The influence of different variables, such as the flank angle, axial interference and diametrical interference, was analyzed until a design capable of being tested was obtained. The analyzes were performed using the finite element method. First, we analyzed the behavior of the assembly of a full 22.22 mm (7/8 ") degree D pump rod, and of a design variant, consisting in eliminating the last two teeth engaged from the "pin" (R. Toscano and J. Pereiras, "Finite element analysis of the union of a 7/8 pumping rod" degree D. Calculation of fatigue parameters and their variation for a proposed alternative design ". CINI Report 1.1705 / 01, January 2001). Then, another report (R. Toscano and J. Pereiras, "Finite element analysis of a 7/8 pump rod" degree D for different values of axial interference. CINI report 1.1731 / 01, April 2001) studied the influence of axial interference on fatigue parameters, and 35 determined the need to optimize the value of axial interference, so as to ensure that the shoulder remains closed during the whole process of charging and discharging but without force the torque, since the values of the fatigue parameters worsen due to the increase in axial interference. Finally, another report (R. Toscano and J. Pereiras, "Analysis by finite elements of the union of a 7/8 pumping rod" degree D. (Simple modification of the standard design) ". CINI report 1.1749 / 01, June 2001) analyzed an assembly design 10 which consists of a simple modification of the standard design ("vanishing thread"), the performance of which has not been improved compared to the device of the prior art.
À l'origine le filetage était cylindrique, sans 15 interférence diamétrale, et donc tout le réglage dépendait de l'interférence axiale. L'assemblage de la présente invention incorpore un filetage conique, des dents trapézoïdales et un contact de dents flanc-flanc. Cet assemblage est notamment formé par un nombre de dents 20 compris entre 4 et 10, de préférence 6 dents chaque 25.4 mm (1 pouce), avec un angle de flanc de dent compris entre 2 et 10 , de préférence 3 et une conicité de filetage qui va de 1/15 à 1/30. On obtient ainsi une réduction de l'interférence axiale à partir d'une interférence 25 diamétrale. De plus le contact flanc-flanc améliore le comportement à la fatigue de la tige. Pour l'étude des paramètres de fatigue, on a suivi les lignes principales du rapport des laboratoires Sandia, E.L. Hoffman, " finite element analysis of sucker rod couplings with guidelines 30 for improving fatigue life ", SAND97-1652.UC-122, Sandia International Laboraties, USA, Septembre 1997, o le paramètre de fatigue D est calculé de la manière suivante: Originally the thread was cylindrical, without diametrical interference, and therefore the entire adjustment depended on the axial interference. The assembly of the present invention incorporates a tapered thread, trapezoid teeth and a flank-flank tooth contact. This assembly is in particular formed by a number of teeth 20 of between 4 and 10, preferably 6 teeth each 25.4 mm (1 inch), with a tooth flank angle of between 2 and 10, preferably 3 and a taper of thread which ranges from 1/15 to 1/30. A reduction in axial interference is thus obtained from a diametrical interference. In addition, the flank-flank contact improves the fatigue behavior of the rod. For the study of fatigue parameters, we followed the main lines of the Sandia laboratories report, EL Hoffman, "finite element analysis of sucker rod couplings with guidelines 30 for improving fatigue life", SAND97-1652.UC-122, Sandia International Laboraties, USA, September 1997, where the fatigue parameter D is calculated as follows:
T D=3 sa OT D = 3 sa O
a5 i _ L(Sal Sa2)2 +(Sa2_Sa3)2 +(Sa3 - Sa)1/2] -- Sml + Sm2 + Sm3 Sai composants alternatifs des contraintes principales Smi: composants moyens des contraintes principales Les composants alternatifs et moyens sont calculés à partir des valeurs maximum et minimum sur un cycle de 15 charge, selon les formules suivantes: Si,max - Si,min Si,max + Si, min ai 2= Smi 2 2 2 Le coefficient D doit être supérieur ou égal à 1 (un) 20 pour assurer une durée de service infinie. a5 i _ L (Sal Sa2) 2 + (Sa2_Sa3) 2 + (Sa3 - Sa) 1/2] - Sml + Sm2 + Sm3 Sai alternative components of the main constraints Smi: average components of the main constraints The alternative and average components are calculated from the maximum and minimum values on a charge cycle, according to the following formulas: Si, max - Si, min Si, max + Si, min ai 2 = Smi 2 2 2 The coefficient D must be greater than or equal to 1 (one) 20 to ensure an infinite service life.
Modèle des Éléments Finis de l'union On considère un matériau élastoplastique à durcissement multilinéaire, plasticité associée conformément au critère de fluage de von Mises et durcissement isotropique (K.J.Bathe " Finite element procedures " Prentice Hall, 1996). Le modèle a été développé en utilisant le programme des éléments finis ADINA (" The ADINA system ", ADINA R&d, Waertown, MA, USA). Les conditions de contact sont résolues par un algorithme de contact avec les multiplicateurs de Lagrange (Bathe, A. Chaudhary, " A Solution method for planar and axisymmetric contact problems ", Int. J. Numer. Meth. Finite Element Model of the union We consider an elastoplastic material with multilinear hardening, associated plasticity in accordance with the von Mises creep criterion and isotropic hardening (K.J.Bathe "Finite element procedures" Prentice Hall, 1996). The model was developed using the ADINA finite element program ("The ADINA system", ADINA R & d, Waertown, MA, USA). The contact conditions are solved by a contact algorithm with Lagrange multipliers (Bathe, A. Chaudhary, "A Solution method for planar and axisymmetric contact problems", Int. J. Numer. Meth.
Engn., 21, 65-88, 1985), compris dans le code ADINA. Engn., 21, 65-88, 1985), included in the ADINA code.
États de charge: a. Montage: Dans les études préalables, en suivant la norme API-11BR (API Recommended Practice 11BR, " Recommended Practice For Care and Handling 10 of Sucker Rods ", Octobre 1989) on a pris comme déplacement circonférentiel 7.14 mm (9/32"), cette valeur de déplacement circonférentiel implique 0,14 mm d'interférence axiale. Par contre, l'assemblage proposé par l'invention, s'agissant d'un filetage 15 conique avec interférence diamétrale, n'a pas besoin d'une interférence axiale aussi élevée. Deux valeurs d'interférence axiale (0,10 et 0,05 mm) furent analysées et il a été adopté la plus petite à partir du résultat obtenu par le modèle des Éléments Finis 20 utilisé pour l'assemblage. Charges: a. Assembly: In the preliminary studies, following the API-11BR standard (API Recommended Practice 11BR, "Recommended Practice For Care and Handling 10 of Sucker Rods", October 1989) we took as circumferential displacement 7.14 mm (9/32 ") , this value of circumferential displacement implies 0.14 mm of axial interference. On the other hand, the assembly proposed by the invention, being a conical thread with diametrical interference, does not need any interference axial value also high Two axial interference values (0.10 and 0.05 mm) were analyzed and the smallest was adopted from the result obtained by the Finite Element model 20 used for the assembly.
b. États de charges: Les limites de fatigue furent déterminées à partir du diagramme de Goodman modifié (API Specification 11B, " Specification for 25 Sucker Rods ", July 1998) (voir plus loin Fig. 2a). b. Load states: The fatigue limits were determined from the modified Goodman diagram (API Specification 11B, "Specification for 25 Sucker Rods", July 1998) (see Fig. 2a below).
Les valeurs proposées par les laboratoires Sandia pour le degré C ont été multipliées par un facteur 1.28, égal au rapport entre les contraintes minimales de rupture des degrés C (63.28 kg/mm2 ou 30 90 ksi) et D (80.86 kg/mm2 ou 115 ksi) (R. Toscano et J. Pereiras, " Analyse par éléments finis de l'union d'une tige de pompage 7/8 " degré D. Calcul de paramètres de fatigue et sa variation pour une conception alternative proposée ". Rapport CINI 35 1.1705/01, Janvier 2001). Pour cette analyse, on considère le troisième cycle de charge avec une limite inférieure de 13.5 kg/mm2 (19.2 ksi) et une limite supérieure de 27 kg/mm2 (38.4 ksi). The values proposed by Sandia laboratories for degree C have been multiplied by a factor 1.28, equal to the ratio between the minimum breaking stresses of degrees C (63.28 kg / mm2 or 30 90 ksi) and D (80.86 kg / mm2 or 115 ksi) (R. Toscano and J. Pereiras, "Analysis by finite elements of the union of a 7/8 pumping rod" degree D. Calculation of fatigue parameters and its variation for a proposed alternative design ". CINI report 35 1.1705 / 01, January 2001) For this analysis, we consider the third charge cycle with a lower limit of 13.5 kg / mm2 (19.2 ksi) and an upper limit of 27 kg / mm2 (38.4 ksi).
Les propriétés du matériau, degré D, sont celles établies par API 11BR Variantes analysées Le tableau suivant résume les cinq cas analysés. The material properties, degree D, are those established by API 11BR Variants analyzed The following table summarizes the five cases analyzed.
À partir d'une conception de base qui incorpore un 10 filetage conique, dent trapézoïdale et contact flancflanc, on a analysé l'effet des différentes variables, telles que l'interférence axiale au niveau de l'épaule, l'interférence diamétrale, la largeur de dent et l'angle de flanc. (R. Toscano, M. Gonzalez et J. Pereiras 15 " proposition d'union innovante pour tiges de pompage de 7/8" degré D ", Rapport CINI I1811/01, Septembre 2001). From a basic design which incorporates a conical thread, trapezoidal tooth and sidewall contact, the effect of various variables, such as axial interference at the shoulder, diametrical interference, tooth width and flank angle. (R. Toscano, M. Gonzalez and J. Pereiras 15 "innovative union proposal for pumping rods of 7/8" degree D ", CINI Report I1811 / 01, September 2001).
Dents pour chaque Angle de Interférence Interférence 25.4 mm (pouce) flanc axiale diamétrale Cas 1 8 70 0.10 mm 0.20 mm Cas 2 8 70 0.05 mm 0.20 mm Cas 3 8 70 0.05 mm 0.05 mm Cas 4 6 3 0 0.05 mm 0.20 mm Cas 5 6 30 0.05 mm 0.10 mm Contrainte de fluage: 59.77 kg/mm2 = 85 KSI 20 (limite fluage degré D) Analyse des résultats des cinq cas On remarque que sur les graphiques de forces résultantes sur les dents du " pin ", la dent N 1 est 25 celle la plus éloignée de l'épaule. Cas 1 Teeth for each Interference Angle Interference 25.4 mm (inch) diametral axial flank Case 1 8 70 0.10 mm 0.20 mm Case 2 8 70 0.05 mm 0.20 mm Case 3 8 70 0.05 mm 0.05 mm Case 4 6 3 0 0.05 mm 0.20 mm Case 5 6 30 0.05 mm 0.10 mm Creep stress: 59.77 kg / mm2 = 85 KSI 20 (creep limit degree D) Analysis of the results of the five cases Note that on the graphs of resulting forces on the teeth of the "pin", tooth N 1 is the one furthest from the shoulder. Case 1
Cette conception présente des inconvénients à 2 niveaux: structurel (dents plastifiées) et fatigue (coefficient avec valeurs généralement négatives). Le coefficient D présente un plus mauvais comportement dans 5 la zone de haute contrainte principale maximum, et cette contrainte est la conséquence de l'interférence axiale. La plastification des dents est la conséquence de l'interférence diamétrale. A partir de ces résultats, on décide d'analyser premièrement l'influence de la réduction 10 de l'interférence axiale de l'épaule et deuxièmement l'influence de l'interférence diamétrale. Cas 2 This design has drawbacks on 2 levels: structural (plasticized teeth) and fatigue (coefficient with generally negative values). The coefficient D exhibits a worse behavior in the zone of high maximum principal stress, and this stress is the consequence of the axial interference. The plasticization of the teeth is the consequence of diametrical interference. From these results, it is decided to analyze first the influence of the reduction of the axial interference of the shoulder and secondly the influence of the diametrical interference. Case 2
L'hypothèse selon laquelle la réduction d'interférence axiale améliore la distribution des 15 contraintes et donc le coefficient de fatigue D est confirmée. Il subsiste le problème de la plastification des dents, et on procède donc à l'analyse de l'effet de réduction de l'interférence diamétrale du filetage. Cas 3 The hypothesis that the reduction of axial interference improves the stress distribution and therefore the fatigue coefficient D is confirmed. There remains the problem of the plasticization of the teeth, and we therefore proceed to analyze the effect of reducing the diametrical interference of the thread. Case 3
Bien que les résultats obtenus soient bons dans ce cas, aussi bien au niveau structurel qu'au niveau fatigue, l'interférence diamétrale considérée est très faible, de l'ordre de la tolérance de fabrication. Cette valeur d'interférence (0,05 mm) pourrait s'accepter comme minimum 25 mais pas comme nominale. Pour cela, on réalise une nouvelle analyse, en changeant la largeur de la dent et l'angle de flanc, pour que les dents supportent une plus grande interférence diamétrale sans subir des déformations importantes. Cas 4 Although the results obtained are good in this case, both at the structural level and at the fatigue level, the diametrical interference considered is very low, of the order of manufacturing tolerance. This interference value (0.05 mm) could be accepted as a minimum 25 but not as nominal. For this, a new analysis is carried out, by changing the width of the tooth and the flank angle, so that the teeth support greater diametrical interference without undergoing significant deformations. Case 4
Les résultats obtenus sont bons, aussi bien au niveau structurel qu'au niveau fatigue. En tenant compte de la tolérance de fabrication de l'assemblage, on répète l'analyse avec une interférence diamétrale de 0, 10 mm, en considérant ce nombre comme la valeur minimum de l'interférence diamétrale. Cas 5 The results obtained are good, both at the structural level and at the fatigue level. Taking into account the manufacturing tolerance of the assembly, the analysis is repeated with a diametral interference of 0.10 mm, considering this number as the minimum value of the diametral interference. Case 5
Dans ce cas, on a analysé une valeur inférieure d'interférence diamétrale. Les résultats obtenus sont bons pour les deux valeurs d'interférence diamétrale, 0.10 et 0.20 mm. L'intervalle de 0,10 mm à 0,20 mm peut être considéré comme l'intervalle possible, en tenant en compte 10 des tolérances de fabrication. On passe ensuite à la phase d'essai de l'assemblage. In this case, a lower diameter interference value was analyzed. The results obtained are good for the two diametrical interference values, 0.10 and 0.20 mm. The interval from 0.10 mm to 0.20 mm can be considered as the possible interval, taking into account the manufacturing tolerances. We then go to the test phase of assembly.
On décrit ci-dessous les détails de la présente invention sur la base d'une interférence diamétrale de 0.10 mm et 0.20 mm, chacune en combinaison avec une unique 15 valeur d'interférence axiale de 0,05 mm, car ces combinaisons sont considérées comme les meilleures pour produire une amélioration du comportement de l'assemblage à la fatigue. The details of the present invention are described below on the basis of diametric interference of 0.10 mm and 0.20 mm, each in combination with a single axial interference value of 0.05 mm, since these combinations are considered to be the best to produce an improvement in the behavior of the assembly under fatigue.
Un objet de la présente invention est donc de fournir 20 un assemblage pour des tiges de pompage avec une interférence diamétrale qui réduise l'interférence axiale. It is therefore an object of the present invention to provide an assembly for pumping rods with diametric interference which reduces axial interference.
Un autre objet est que cet assemblage soit généré à partir d'un filetage conique, avec dents trapézoïdales et un contact entre elles du type flancflanc. Another object is that this assembly is generated from a conical thread, with trapezoidal teeth and a contact between them of the sidewall type.
Un autre objet est que l'interférence axiale soit diminuée, à partir d'une interférence diamétrale. Another object is that the axial interference is reduced, from a diametrical interference.
Un autre objet est d'améliorer le comportement à la fatigue à l'aide du contact flanc-flanc. Another object is to improve the fatigue behavior using the flank-flank contact.
Un autre objet est de rendre la déformation des dents 30 faible, en déterminant la largeur et l'angle de celles-ci en conséquence. Another object is to make the deformation of the teeth 30 small, by determining the width and the angle thereof.
Un autre objet est que les contraintes de tractions et les déformations plastiques qui apparaissent en chargeant l'assemblage soient moindres et que les 35 distributions de ces contraintes et déformations soient plus homogènes que sur les assemblages à filetage cylindrique. Another object is that the tensile stresses and plastic deformations which appear when loading the assembly are less and that the distributions of these stresses and deformations are more homogeneous than on assemblies with a cylindrical thread.
Ci-dessous une brève description des figures: Below is a brief description of the figures:
La Figure 1 A montre un assemblage cylindrique (art 5 antérieur) et la Figure 1 B l'assemblage conique de l'invention (B). Figure 1A shows a cylindrical assembly (prior art) and Figure 1B the conical assembly of the invention (B).
Les figures 2A et 2B montrent un diagramme de Goodman modifié et un diagramme de Goodman modifié pour tiges de pompage de degré D respectivement, les deux étant utilisés 10 pour déterminer les limites de fatigue. Figures 2A and 2B show a modified Goodman diagram and a modified Goodman diagram for degree D pump rods respectively, both being used to determine the fatigue limits.
La Figure 3 montre chacune des contraintes de traction principales lors du montage relatives à la contrainte de fluage de l'assemblage de l'art antérieur. Figure 3 shows each of the main tensile stresses during assembly relating to the creep stress of the assembly of the prior art.
Les Figures 4A et 4B montrent les déformations 15 plastiques pendant le troisième cycle de charge lors du montage et en charge maximum pour un assemblage de l'art antérieur. FIGS. 4A and 4B show the plastic deformations during the third load cycle during assembly and at maximum load for an assembly of the prior art.
La Figure 5 montre un diagramme du coefficient de fatigue D pour un assemblage de tiges de l'art antérieur, 20 sur cinq zones différentes. FIG. 5 shows a diagram of the fatigue coefficient D for an assembly of rods of the prior art, 20 on five different zones.
La Figure 6 montre un diagramme de forces de contact sur les filets du filetage pour un assemblage cylindrique durant le montage et la traction correspondant au cycle maximum de fatigue. Figure 6 shows a diagram of contact forces on the threads of the thread for a cylindrical assembly during assembly and traction corresponding to the maximum fatigue cycle.
La Figure 7 montre les contraintes de traction principales lors du montage relatives à la contrainte de fluage sur un assemblage de la présente invention avec une interférence diamétrale de 0.20 mm. Figure 7 shows the main tensile stresses during assembly relative to the creep stress on an assembly of the present invention with a diametrical interference of 0.20 mm.
Les Figures 8A et 8B montrent les déformations 30 plastiques sur un assemblage de la présente invention avec une interférence diamétrale de 0. 20, sur le montage et à charge maximum. Figures 8A and 8B show the plastic deformations on an assembly of the present invention with a diametrical interference of 0. 20, on the assembly and at maximum load.
La Figure 9 montre un diagramme du coefficient de fatigue D pour un assemblage de la présente invention, sur cinq zones différentes avec une interférence diamétrale de 0.20 mm. Figure 9 shows a diagram of the fatigue coefficient D for an assembly of the present invention, on five different zones with a diametrical interference of 0.20 mm.
La Figure 10 montre un diagramme des forces de contact sur les filets du filetage de l'assemblage de la 5 présente invention avec une interférence diamétrale de 0.20 mm, sur le montage et sur le montage avec la charge maximum. Figure 10 shows a diagram of the contact forces on the threads of the thread of the assembly of the present invention with a diametrical interference of 0.20 mm, on the assembly and on the assembly with the maximum load.
La Figure 11 montre les contraintes de traction principales sur le montage relatives à la contrainte de 10 fluage sur un assemblage de la présente invention avec une interférence diamétrale de 0.10 mm. Figure 11 shows the main tensile stresses on the assembly relative to the creep stress on an assembly of the present invention with a diametrical interference of 0.10 mm.
Les Figures 12A et 12B montrent les déformations plastiques sur un assemblage de la présente invention avec une interférence diamétrale de 0. 10 sur le montage et à 15 charge maximum. Figures 12A and 12B show the plastic deformations on an assembly of the present invention with a diametrical interference of 0.10 on the assembly and at maximum load.
La Figure 13 montre un diagramme du coefficient de fatigue D pour un assemblage de la présente invention, sur cinq zones différentes avec une interférence diamétrale de 0.10 mm. Figure 13 shows a diagram of the fatigue coefficient D for an assembly of the present invention, on five different zones with a diametrical interference of 0.10 mm.
La Figure 14 montre un diagramme des forces de contact sur les filets du filetage d'assemblage de la présente invention avec une interférence diamétrale de 0.10 mm sur le montage et sur le montage avec la charge maximum. Figure 14 shows a diagram of the contact forces on the threads of the assembly thread of the present invention with a diametrical interference of 0.10 mm on the assembly and on the assembly with the maximum load.
Les Figures 1 (A et B) et 2 (A et B) ont déjà été décrites dans les paragraphes précédents. D'autre part, les Figures 3 à 14 montrent les résultats comparatifs des deux conceptions, en déterminant clairement les avantages d'un assemblage avec filetage conique par rapport à un 30 assemblage cylindrique. Les contraintes principales pendant le serrage sont illustrées, ainsi que les déformations plastiques équivalentes et les forces résultantes sur les dents du " pin ", et le coefficient de fatigue D calculé dans certaines zones considérées comme 35 critiques. En tenant compte de la tolérance de fabrication de l'assemblage, on a réalisé les analyses en fonction des deux interférences diamétrales, une plus grande (0.20 mm) illustrée dans le Cas A et une plus petite (0.10 mm) illustrée dans le Cas B, les deux donnant des résultats 5 similaires. En comparant la Figure 3 avec les Figures 7 et 11, on a observé que les valeurs des contraintes principales avaient diminué, les zones de hautes contraintes (référence I sur le graphique) situées entre l'épaule et la dernière dent enclavée du " pin " ayant 10 disparu. Cela améliore le comportement à la fatigue de l'union du fait d'une moins grande interférence axiale. Figures 1 (A and B) and 2 (A and B) have already been described in the previous paragraphs. On the other hand, Figures 3 to 14 show the comparative results of the two designs, clearly determining the advantages of an assembly with conical thread compared to a cylindrical assembly. The main stresses during tightening are illustrated, as well as the equivalent plastic deformations and the resulting forces on the teeth of the "pin", and the fatigue coefficient D calculated in certain areas considered to be critical. Taking into account the manufacturing tolerance of the assembly, the analyzes were carried out as a function of the two diametric interferences, a larger one (0.20 mm) illustrated in Case A and a smaller one (0.10 mm) illustrated in Case B , both giving similar results. By comparing Figure 3 with Figures 7 and 11, it was observed that the values of the main stresses had decreased, the zones of high stresses (reference I on the graph) located between the shoulder and the last landlocked tooth of the "pine" having 10 disappeared. This improves the fatigue behavior of the union due to less axial interference.
En ce qui concerne les déformations plastiques, les Figures 8 et 12 (A et B) montrent que sur l'assemblage conique la plastification est minimum (dans le Cas B de la 15 Figure 12, presque nulles). Les Figures 4 (A et B) montrent que la plastification pour la conception d'assemblage cylindrique est beaucoup plus importante, affectant la zone de la dernière dent enclavée du " pin ", o se situe la plus grande partie des ruptures. With regard to plastic deformations, Figures 8 and 12 (A and B) show that on the conical connection the plasticization is minimal (in Case B of Figure 12, almost zero). Figures 4 (A and B) show that the plasticization for the cylindrical assembly design is much greater, affecting the area of the last landlocked tooth of the "pine", where most of the breaks are located.
Le coefficient de fatigue D, qui doit être supérieur à 1 pour assurer une durée de vie infinie à la fatigue de l'assemblage, présente un meilleur comportement sur l'assemblage conique (voir Figures 5,9 et 13). The fatigue coefficient D, which must be greater than 1 to ensure an infinite fatigue life of the assembly, exhibits better behavior on the conical assembly (see Figures 5,9 and 13).
Enfin, on observe que les forces résultantes sur les 25 dents de " pin " avec assemblage conique (Figures 10 et 14) sont inférieures à celles de l'assemblage cylindrique (figure 6) du fait de la moindre interférence axiale. Finally, it is observed that the resulting forces on the 25 "pin" teeth with conical assembly (Figures 10 and 14) are lower than those of the cylindrical assembly (Figure 6) due to the less axial interference.
Claims (6)
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| FR0306142A FR2855236A1 (en) | 2003-05-22 | 2003-05-22 | Assembly with high fatigue resistance, e.g. for pump pistons made using conical thread with trapezoidal teeth meshing flank-to-flank |
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