FR3105414A1 - Procédé de détermination du couple de serrage minimal d’un dispositif de vissage/dévissage, et dispositif correspondant - Google Patents

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Abstract

Titre : Procédé de détermination du couple de serrage minimal d’un dispositif de vissage/dévissage, et dispositif correspondant La présente invention concerne un procédé de détermination du couple minimal de serrage délivrable par un dispositif de vissage/dévissage comprenant : - un moteur (21) ayant un couple résistant à vide ; - un arbre de sortie (23) susceptible d’être entrainé en rotation par ledit moteur (21) ; - une transmission (22) reliant ledit moteur (21) audit arbre de sortie (22), ladite transmission (22) ayant un ratio R et un rendement μ inférieur à 1 ; - une barre de réaction (24), Ledit procédé comprenant : - une étape (10) de détermination d’au moins une information représentative dudit couple résistant à vide ; - une étape (11) de détermination d’au moins une information représentative dudit couple minimal de serrage, ledit couple minimal de serrage étant supérieur ou égal au produit du double dudit couple résistant à vide avec ledit ratio et ledit rendement ; - une étape (12) d’association dudit couple minimal de serrage audit dispositif de vissage/dévissage.

Description

Procédé de détermination du couple de serrage minimal d’un dispositif de vissage/dévissage, et dispositif correspondant
1. Domaine de l’invention
Le domaine de l’invention est celui des dispositifs de vissage/dévissage, et notamment des dispositifs dits «fort couple» mis en œuvre pour procéder à des opérations de vissage à des couples de serrage importants (de l’ordre de plusieurs centaines de N.m.).
Au sens de l’invention, un dispositif de vissage/dévissage est un dispositif permettant d’assurer le vissage ou le vissage et le dévissage d’assemblages.
L’invention concerne plus particulièrement la définition des plages d’utilisation de tels outils.
2. Art antérieur
Les dispositifs de vissage/dévissage fort couple sont mis en œuvre pour assurer le serrage d’assemblage à des couples élevés.
Ces outils, qui sont historiquement alimentés par de l’énergie pneumatique, sont de plus en plus souvent équipés de batteries électriques dont la mise en œuvre permet d’augmenter l’ergonomie en retirant le lien au réseau d’énergie (tuyau d’air comprimé ou fil électrique).
Leur mise en œuvre au cours d’un serrage induit la génération d’un couple de réaction trop élevé pour qu’un opérateur puisse s’y opposer pour maintenir l’outil.
Un outil de ce type est donc associé à un dispositif de reprise des efforts de réaction.
Un tel dispositif de reprise d’effort comprend classiquement une barre de reprise du couple de réaction, encore appelée bras de réaction. Une telle barre comprend une première extrémité solidarisée au dispositif de vissage/dévissage de manière fixe en rotation au moins selon l’axe de vissage, et une deuxième extrémité mise en appui contre l’assemblage (souvent le bâti ou le boulon ou la vis situé à côté de celui ou celle en cours de serrage).
A l’issue d’une opération de vissage, la barre de réaction est souvent plaquée contre l’assemblage par un couple trop important. Le dispositif de vissage/dévissage est alors bloqué contre l’assemblage si bien qu’il n’est pas possible de retirer l’outil une fois l’opération de vissage achevée.
Le blocage d’un outil sur un assemblage oblige à stopper la ligne de production jusqu’à ce qu’il soit libéré. Ceci conduit à réduire la productivité et à des conséquences économiques potentiellement non négligeables.
Diverses solutions ont donc été conçues pour pallier ce problème et ainsi permettre à un opérateur de facilement dissocier l’outil de l’assemblage à l’issue d’une opération de serrage.
A titre d’exemples, les documents de brevet EP3120974, EP3372343 ou DE102013218190 décrivent des solutions pour relâcher la contrainte appliquée sur le bras de réaction empêchant la libération de l’outil. Ces solutions consistent à mettre en œuvre un élément mécanique actionné par l’opérateur pour désolidariser deux éléments de la transmission de l’outil et ainsi permettre sa libération.
Une telle solution de libération mécanique oblige l’opérateur à faire une action spécifique supplémentaire pour libérer la contrainte de l’assemblage, ce qui est peu pratique et peu ergonomique. Elle implique en outre la mise en œuvre de moyens mécaniques spécifiques qui complexifient la conception de l’outil et augmentent son coût.
Une autre solution classiquement utilisée par les opérateurs consiste, à l’issue d’une opération de serrage, à inverser le sens de rotation de l’outil pour le faire tourner de quelques degrés et ainsi permettre la libération de l’outil.
Une telle solution induit un risque de dévissage partiel de l’assemblage si par mégarde l’opérateur maintient trop longtemps le fonctionnement de l’outil en sens dévissage. Ceci peut rendre non conforme le serrage de certains assemblages, induisant des reprises de vissage, une baisse de productivité et des coûts supplémentaires, ce qui n’est pas acceptable.
Sur certains outils électriques intelligents, cette phase d’inversion du sens de rotation peut être exécutée automatiquement lorsque la fin du vissage est détectée.
Une telle phase de marche arrière automatique demande souvent un réglage à adapter à l’assemblage et à la barre de réaction soit lors de la programmation de l’outil en usine soit directement par l’opérateur, ce qui complexifie le processus. L’outil doit également embarquer l’intelligence suffisante pour fournir cette fonction ce qui représente un poste de coût non négligeable.
En outre, un mauvais réglage de cette phase peut également amener l’opérateur à dévisser partiellement l’assemblage, ce qui n’est pas acceptable pour les raisons évoquées plus haut.
3. Objectifs de l’invention
L’invention a notamment pour objectif d’apporter une solution efficace à au moins certains de ces différents problèmes.
En particulier, selon au moins un mode de réalisation, un objectif de l’invention est de procurer une technique qui permet à un opérateur de désengager facilement un dispositif de vissage/dévissage en fin de serrage.
Notamment, l’invention a pour objectif, selon au moins un mode de réalisation, de fournir une telle technique qui évite tout risque de dévissage intempestif d’un assemblage lors du désengagement de l’outil.
Un autre objectif de l’invention, selon au moins un mode de réalisation, est de fournir une telle technique qui soit simple de conception et/ou efficace et/ou fiable et/ou robuste.
Notamment, l’invention a pour objectif, selon au moins un mode de réalisation, de fournir une telle technique qui soit économique.
4. Présentation de l’invention
Pour ceci, l’invention propose un procédé de détermination du couple minimal de serrage délivrable par un dispositif de vissage/dévissage comprenant:
- un moteur ayant un couple résistant à vide;
- un arbre de sortie susceptible d’être entrainé en rotation par ledit moteur;
- une transmission reliant ledit moteur audit arbre de sortie, ladite transmission ayant un ratio R et un rendement μ inférieur à 1;
- une barre de réaction.
Selon l’invention, un tel procédé comprend:
- une étape de détermination d’au moins une information représentative dudit couple résistant à vide;
- une étape de détermination d’au moins une information représentative dudit couple minimal de serrage, ledit couple minimal de serrage étant supérieur ou égal au produit du double dudit couple résistant à vide avec ledit ratio et ledit rendement;
- une étape d’association dudit couple minimal de serrage audit dispositif de vissage/dévissage.
Ainsi, l’invention repose sur une approche originale qui consiste à déterminer, pour un dispositif de vissage/dévissage, le couple de serrage minimal auquel il doit fonctionner. Ce couple minimal de serrage est déterminé selon l’invention comme étant au moins égal au double du produit du couple résistant du moteur à vide d’un tel dispositif avec le ratio et le rendement de sa transmission (Couple minimal de serrage est supérieur ou égal à 2.R.μ.Couple résistant à vide).
Les Inventeurs ont en effet démontré que lorsque cette condition est remplie, le dispositif de vissage/dévissage ne reste jamais bloqué contre l’assemblage à la fin d’une opération de vissage si bien que l’opérateur peut facilement le dégager de l’assemblage sans devoir accomplir aucune action supplémentaire.
Cette solution est extrêmement simple dans la mesure où elle ne nécessite aucun moyen ni aucune action complexes.
Elle contribue ainsi à améliorer la sécurité en évitant tout desserrage intempestif et améliore considérablement le confort des opérateurs.
Selon une caractéristique possible, ladite étape d’association comprend une étape d’enregistrement dudit couple minimal de serrage dans une mémoire associée audit dispositif de vissage/dévissage, ledit dispositif comprenant des moyens de commande interdisant audit dispositif de vissage/dévissage de délivrer un couple de serrage inférieur audit couple minimal de serrage.
Selon une caractéristique possible, ladite étape d’association comprend une étape d’édition d’une notice d’utilisation dudit dispositif de vissage/dévissage, ladite notice précisant la valeur du couple de serrage minimal auquel ledit dispositif doit être utilisé pour réaliser des opérations de vissage.
Selon une caractéristique possible, ladite étape d’association comprend une étape de réalisation d’une étiquette et une étape de fixation de ladite étiquette sur ledit dispositif de vissage/dévissage, ladite étiquette précisant la valeur dudit couple minimal de serrage dudit dispositif.
L’invention couvre également un dispositif de vissage/dévissage comprenant:
- un moteur ayant un couple résistant à vide;
- un arbre de sortie susceptible d’être entrainé en rotation par ledit moteur;
- une transmission reliant ledit moteur audit arbre de sortie, ladite transmission ayant un ratio R et un rendement μ inférieur à 1;
- une barre de réaction;
le couple de serrage minimal dudit dispositif étant supérieur ou égal au double du produit dudit couple résistant à vide avec ledit ratio et ledit rendement.
Selon une caractéristique possible, un dispositif selon l’invention comprend des moyens de sélection dudit couple de serrage minimal dudit dispositif, la valeur minimale sélectionnable étant supérieure ou égale au double du produit dudit couple résistant à vide avec ledit ratio et ledit rendement.
Selon une caractéristique possible, un dispositif selon l’invention comprend des moyens de commande interdisant audit dispositif de vissage/dévissage de délivrer un couple de serrage inférieur audit couple minimal de serrage.
Selon une caractéristique possible, un dispositif selon l’invention comprend une mémoire contenant une information représentative dudit couple minimal de serrage.
Selon une caractéristique possible, un dispositif selon l’invention comprend une étiquette indiquant que le couple minimal de serrage dudit dispositif est supérieur ou égal au produit double dudit couple résistant à vide avec ledit ratio et ledit rendement.
Selon une caractéristique possible, un dispositif selon l’invention comprend une notice d’utilisation indiquant que le couple minimal de serrage dudit dispositif est supérieur ou égal au double du produit dudit couple résistant à vide avec ledit ratio et ledit rendement.
Selon une caractéristique possible, un dispositif selon l’invention comprend ledit moteur est électrique.
Selon une caractéristique possible, un dispositif selon l’invention comprend ledit moteur est de type synchrone sans balais.
Selon une caractéristique possible, un dispositif selon l’invention comprend ledit moteur comprend un rotor externe.
5. Description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers, donnée à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels:
la figure 1 illustre de manière schématique un exemple de procédé selon l’invention ;
la figure 2 illustre une vue de côté d’un exemple de dispositif selon l’invention ;
la figure 3 illustre une vue en coupe transversale du dispositif de la figure 2 ;
la figure 4 illustre de manière simplifié la structure d’une transmission d’un dispositif selon l’invention ainsi que les couples moteur et de vissage en phase de vissage ;
la figure 5 illustre de manière simplifié la structure d’une transmission d’un dispositif selon l’invention ainsi que les couples moteur et de vissage en phase de vissage;
la figure 6 illustre la variation en fonction du temps de la vitesse du moteur et du couple de sortie de l’outil à la fin d’une opération de vissage réalisée au moyen d’un dispositif ne mettant pas en œuvre le principe de l’invention ;
la figure 7 illustre la variation en fonction du temps de la vitesse du moteur et du couple de sortie de l’outil à la fin d’une opération de vissage réalisée au moyen d’un dispositif mettant en œuvre le principe de l’invention.
6. Description de modes de réalisation particuliers
6.1. Procédé
On présente en relation avec la figure 1 un exemple d’un procédé de détermination du couple minimal de serrage délivrable par un dispositif de vissage/dévissage comprenant:
- un moteur 21 ayant un couple résistant à vide;
- un arbre de sortie 23 (ou organe terminal) susceptible d’être entrainé en rotation par ledit moteur 21;
- une transmission 22 reliant le moteur 21 à l’arbre de sortie 23, la transmission 22 ayant un ratio R et un rendement μ inférieur à 1;
- une barre de réaction 24 (ou bras de réaction).
Un tel procédé comprend:
- une étape 10 de détermination d’au moins une information représentative du couple résistant à vide du moteur;
- une étape 11 de détermination d’au moins une information représentative du couple minimal de serrage (le couple minimal de serrage est supérieur ou égal au double du produit du couple résistant à vide, par le rendement et le ratio de la transmission);
- une étape 12 d’association du couple minimal de serrage au dispositif de vissage/dévissage.
L’étape 11 de détermination d’au moins une information représentative du couple résistant à vide du moteur consiste à déterminer expérimentalement ce couple résistant. Ceci peut par exemple être obtenu au moyen d’un capteur de couple fixé à l’arbre de sortie du moteur et en mesurant avec celui-ci le couple lorsque le moteur est entrainé en rotation et que ses bobinages sont maintenus ouverts.
Une fois que le couple résistant à vide du moteur est connu, l’étape 11 est mise en œuvre pour déterminer au moins une information représentative du couple minimal de serrage. Selon l’invention, le couple minimal de serrage est supérieur ou égal au double du produit du couple résistant à vide avec le ratio R et le rendement μ (Couple minimal de serrage est supérieur ou égal à 2.R.μ.Couple résistant à vide).
L’étape 12 d’association du couple minimal de serrage au dispositif de vissage/dévissage est ensuite mise en œuvre.
Cette étape 12 peut par exemple consister à enregistrer la valeur du couple minimal de serrage dans une mémoire associée au dispositif de vissage/dévissage. Cette mémoire peut être directement contenue dans le carter 20 du dispositif de vissage/dévissage ou être déportée dans un contrôleur 28 distant auquel le dispositif de vissage/dévissage est connecté de manière filaire ou sans fil.
Dans ce cas, le dispositif de vissage comprend préférentiellement des moyens de commande interdisant au dispositif de vissage/dévissage de délivrer un couple de serrage inférieur au couple minimal de serrage.
De tels moyens de commande sont connus en soit et ne sont donc pas décrits en détail. Ils comprennent classiquement une unité de commande comprenant un automate programmable ou un microprocesseur associé à une mémoire vive et à une mémoire morte et configurée pour piloter les moyens d’alimentation et de régulation du moteur de telle sorte qu’il ne soit pas possible d’effectuer un vissage à un couple de serrage inférieur au couple minimal de serrage enregistré. Ces moyens de commande peuvent être directement intégré dans le dispositif de vissage/dévissage ou bien être déportés dans le contrôleur.
L’étape 12 d’association peut alternativement consister à éditer une notice d’utilisation du dispositif de vissage/dévissage. Dans ce cas, cette notice précise la valeur du couple minimal de serrage correspondant au couple de serrage minimal selon lequel une opération de vissage réalisée avec l’outil doit être réalisée.
Selon une autre alternative, l’étape d’association comprend une étape de réalisation d’une étiquette et une étape de fixation de cette étiquette sur le dispositif de vissage/dévissage, l’étiquette précisant la valeur du couple minimal de serrage du dispositif correspondant à la valeur minimale du couple de serrage devant être atteint lors d’une opération de vissage réalisée au moyen du dispositif.
Une telle étiquette pourrait être collée, vissée, rivetée ou autre sur le carter du dispositif ou du contrôleur.
Une autre alternative pourrait consister à afficher sur un écran 29 placé sur le carter du dispositif ou sur le contrôleur la valeur minimale du couple de serrage devant être atteint lors d’une opération de vissage réalisée au moyen du dispositif.
Plusieurs de ces alternatives pourraient éventuellement être combinées.
6.2. Dispositif
Les figures 2 et 3 illustrent un exemple de dispositif de vissage/dévissage selon l’invention.
Un tel dispositif comprend un carter 20 logeant un moteur électrique 21 muni d’un rotor 210 et d’un stator 211. Le rotor 210 est relié à l’entrée 220 d’une transmission 22 dont la sortie 221 est reliée à un organe terminal 23. La transmission comprend classiquement au moins un étage de train d’engrenages. La transmission 22 ayant un ratio R et un rendement μ inférieur à 1.
L’organe terminal 23 est mobile en rotation selon l’axe de vissage. Il est destiné à supporter un embout de vissage comme une douille pour entrainer en rotation un élément à visser 41.
Le dispositif comprend une barre de réaction 24. Cette barre de réaction est préférentiellement amovible et est solidarisée au carter de manière immobile en rotation selon l’axe de vissage par exemple au moyen d’un collier de serrage, d’un système de clavette ou en faisant coopérer des rainures formées dans un alésage de la barre de réaction avec des rainures de formes complémentaire 25 formées dans le dispositif.
L’outil comprend préférentiellement des moyens autonomes d’alimentation en énergie électrique. Il peut s’agir par exemple d’un ou plusieurs batteries ou tout autre moyen équivalent adapté. De manière alternative, l’alimentation pourra être faite de manière filaire.
Le moteur à un couple résistant à vide prédéterminé. Ce couple dépend de la conception du dispositif.
Le couple de serrage minimal auquel doit être serré un assemblage au moyen du dispositif doit être supérieur ou égal au double du produit du couple résistant à vide avec le ratio et le rendement (Couple minimal de serrage est supérieur ou égal à 2.R.μ.Couple résistant à vide).
Le couple résistant résulte de plusieurs composantes :
- le frottement mécanique des liaisons pivot entre le rotor et le stator
- le frottement des balais (solidaires du stator) sur le collecteur (placé sur le rotor) dans le cas d’un moteur à courant continu;
- un couple magnétique lorsque les aimants du rotor passent devant les encoches du stator. Ce couple (aussi appelé couple d’encoche) n’est pas régulier. On considère sa moyenne sur un tour.
L’utilisation d’un moteur synchrone (aussi appelé sans balais) permet de réduire le couple résistant à vide en supprimant la friction des balais sur le collecteur.
Les moteurs à rotor externe produisent généralement un couple plus important et tourne généralement moins vite que les moteurs plus classiques à rotor interne.
Le rapport entre le couple de frottement des liaisons mécaniques et le couple utile s’en trouve réduit.
Le rapport entre le couple d’encoche et le couple utile est également généralement plus faible sur les moteurs électriques à rotor externes.
Le moteur peut être de type synchrone à aimants permanents sans balais, à courant continu, de type à rotor interne ou externe.
Le dispositif peut comprendre des moyens de sélection du couple minimal de serrage du dispositif. Ces moyens peuvent par exemple comprendre une mollette ou un bouton de sélection 26, la valeur minimale sélectionnable étant égale au double du produit du couple résistant à vide par le rendement et le ratio de la transmission.
Le dispositif comprend préférentiellement des moyens de commande interdisant au dispositif de vissage/dévissage de délivrer un couple de serrage inférieur audit couple minimal de serrage. De tels moyens de commande 27 sont connus en soit et ne sont donc pas décrits en détail. Ils comprennent classiquement une unité de commande comprenant une automate programmable ou un microprocesseur associé à une mémoire vive et à une mémoire morte et configurée pour piloter les moyens d’alimentation et de régulation du moteur de telle sorte qu’il ne soit pas possible d’effectuer un vissage à un couple de serrage inférieur au couple minimal de serrage enregistré. Ces moyens de commande peuvent être directement intégré dans le dispositif de vissage/dévissage ou bien être déportés dans un contrôleur distant 28.
La mémoire associée au dispositif de vissage/dévissage (dans le carter ou dans le contrôleur) contient au moins une information représentative du couple de serrage minimal auquel une opération de vissage mise en œuvre avec l’outil doit être réalisée.
Une étiquette indiquant le couple de serrage minimal du dispositif. Cette information peut permettre à l’opérateur de programmer ou sélectionner la valeur du couple minimal de serrage que le dispositif permet d’atteindre.
Le dispositif peut comprendre une notice d’utilisation indiquant le couple de serrage minimal du dispositif. Cette information peut permettre à l’opérateur de programmer ou sélectionner la valeur du couple minimal de serrage que le dispositif permet d’atteindre.
La valeur du couple de serrage minimale atteinte par le dispositif de vissage/dévissage peut également être affichée sur un écran 29 solidaire du dispositif ou du contrôleur.
L’invention pourrait de manière inverse consister à déterminer, à partir du couple minimal de serrage souhaité, le couple résistant à vide du moteur, et de concevoir le dispositif de vissage/dévissage en conséquence.
Dans ce cas, par dimensionnement, l’outil délivre par conception un couple minimal de serrage supérieur ou égal au double du produit du couple résistant à vide du moteur par le rendement et le ratio de la transmission.
6.3. Démonstration de l’effet technique
Le fait de réaliser des opérations de vissage avec un couple de serrage au moins égal au produit du double du couple résistant à vide du moteur par le rendement et le ratio de la transmission permet de garantir de manière systématique que l’outil n’est pas bloqué contre l’assemblage 40 en fin de vissage ce qui permet à l’opérateur de retirer le dispositif de l’assemblage de manière facile sans devoir exercer aucune action supplémentaire.
Cet effet technique est ci-après démontré.
Pendant une opération de vissage, le dispositif de vissage/dévissage, encore appelé outil, applique un certain couple sur l’assemblage. Ce couple de serrage ou couple de sortie de l’outil est généré par le moteur électrique et démultiplié par la boite de vitesse mécanique (transmission avec ratio et rendement). Ce couple amène également l’ensemble de l’outil à se déformer à la manière d’un ressort: l’outil se tord.
A la fin d’une opération de vissage, le moteur s’arrête et cesse donc d’appliquer un couple à l’entrée de la boite de vitesse mécanique. La sortie de l’outil est bloquée par la vis et l’ensemble mécanique ayant subi une torsion au cours du vissage se détord (détorsion) jusqu’à atteindre une position stable en appliquant un couple inverse sur le moteur qui accélère donc dans le sens inverse au sens de vissage. Ceci induit un blocage de l’outil contre l’assemblage du fait la mise en œuvre de la barre de réaction.
Pour éviter que l’outil ne se bloque lorsque la position stable est atteinte, il faut que lors de la détorsion de l’outil, la position stable atteinte corresponde à une position où le couple de sortie de l’outil est nul.
Ceci équivaut à un angle de torsion nul en position stable. Pour cela, le moteur doit en fin de vissage effectuer une rotation en sens dévissage d’un angle supérieur à l’angle de torsion de l’outil à la fin de l’opération de vissage.
Lors de cette phase de détorsion, le moteur n’est pas alimenté. Le couple résistant du moteur (non alimenté) ralenti la détorsion et peut amener le moteur à s’arrêter avant que le couple en sortie se soit annulé.
La mécanique de réduction de la vitesse (appelé réducteur ou réduction), peut-être modélisée par un ressort suivi d’une réduction indéformable, comme schématisé sur la figure 4.
Angle de torsion de l’outil:
L’angle de torsion de l’outil représente l’angle de rotation parcouru en sortie du moteur lorsque la sortie de l’outil est bloquée et que l’on applique un couple en sortie du moteur (voir la figure 4).
On peut modéliser l’angle de torsion de l’ensemble mécaniqueentre le moteur et l’assemblage à visser (boite de vitesse, rallonge éventuellement placée entre l’organe terminal et l’élément à visser, barre de réaction) comme suit:
Équation 1 - Angle de torsion de l'outil
Avec :
: l’angle de torsion vu depuis le moteur en rad
: le couple de sortie du moteur de l’outil en Nm
: la raideur équivalente de l’ensemble mécanique (boite de vitesse, rallonge, barre de réaction) vu du moteur en Nm/rad
Couple de détorsion:
On peut modéliser le couple appliqué sur le moteur lors du début de détorsion comme suit (cf. figure 5) :
Équation 2 - Couple de détorsion de l'outil
Avec:
: le couple appliqué sur le moteur par la torsion de la boite de vitesse en Nm
: le couple moyen de résistance du moteur à vide en Nm (s’applique à l’opposé du sens de rotation)
: la vitesse de rotation du rotor moteur en rad/s
En combinant les équationsÉquation 1etÉquation 2, on obtient:
Équation 3 - Relation entre l’angle moteur et le couple de détorsion
Évolution de la vitesse du moteur:
En appliquant le principe fondamental de la dynamique sur le rotor du moteur pendant la phase détorsion, on obtient(étant noté que le couple de détorsion amène le moteur à tourner en sens décroissant) :
Équation 4 - Relation entre le couple de détorsion et la vitesse moteur
Avec:
: le temps en s
: l’inertie rotorique du moteur électrique en kg.m²
L’angle parcouru par le moteur peut être modélisé de la façon suivante:
Équation 5 - Relation entre la vitesse et l'angle moteur
Avec:
: la position angulaire du rotor du moteur par rapport au stator du moteur en rad
En combinantÉquation 3,Équation 4etÉquation 5, on obtient:
Équation 6 - Équation différentielle de position angulaire
Soit:
Soit finalement:
En considérant:
et
La solution de cette équation différentielle est la suivante:
C 1 et C 2 sont deux constantes à déterminer par les conditions initiales du système.
Soit:
Équation 7 - Résolution de l'équation différentielle
Conditions initiales:
Au départ de la phase de détorsion, le moteur est à l’arrêt:
Avec:
: la vitesse initiale du moteur en rad/s
En fin de vissageet donc au départ de la détorsion selonÉquation 1:
Équation 8 - Angle initial de torsion de l'outil
Avec:
: l’angle de torsion vu depuis le moteur en fin de vissage en rad
: le couple de sortie moteur en fin de vissage en Nm
Cela nous fournis les deux équations suivantespour déterminer et :
Soit:
Et :
Soit globalement:
Équation 9 - Évolution de l'angle moteur en fonction du temps
Et:
Équation 10 - Évolution de la vitesse en fonction du temps
Condition d’arrêt:
L’outil se désengage automatiquement de l’assemblage (mécaniquement) si à l’instant où la vitesse s’annule à nouveau, le couple de sortie du moteur et donc l’angle moteur sont nuls (ou négatifs).
Lorsque le couple s’annule, la barre de réaction perd le contact avec son appui contre l’assemblage si bien que le modèle précédent ne s’applique plus. Ce phénomène, appelé désembectage, induit les équations 11 suivantes:
Équation 11 - Condition de désembectage
quand et
SelonÉquation 10, pour et .
SelonÉquation 9, l’angle atteint lorsque la vitesse s’annule à nouveau est le suivant:
Équation 12 - Angle moteur en fin de détorsion
En appliquantÉquation 11etÉquation 12, on obtient comme condition de désembectageautomatique :
Soit:
Équation 13 - Relation couple final / Couple résistant
Il est rappelé que le couple de serrage délivré par l’outil, encore appelé couple de sortie de l’outil, est égal au produit du couple de sortie moteur par le ratio et le rendement de la transmission (Couple de sortie outil = R.μ.Couple sortie moteur).
L’Équation 13montre que l’outil se libère tout seul de la contrainte de fin de vissage si et seulement si le couple résistant du moteur non alimenté est inférieur ou égal à la moitié du couple produit par le moteur à la fin du vissage.
Il en résulte que le couple de serrage minimal auquel un assemblage peut être serré au moyen d’un dispositif de vissage/dévissage dont le moteur possède un couple résistant à vide, doit être au moins égal au double du produit de ce couple résistant par le ratio et le rendement de la transmission.
Les figures 6 et 7 illustrent l’évolution du couple en sortie de l’outil et de la vitesse du moteur après la fin d’une opération de vissage (il est à noter que la vitesse est tracée en valeur absolue).
Dans le cas de la figure 6, ne mettant pas en œuvre le principe de l’invention, le couple de sortie ne s’annule pas avant l’arrêt du moteur. L’outil reste donc bloqué contre l’assemblage en fin de vissage induisant des difficultés voire une impossibilité pour l’opérateur de libérer l’outil de l’assemblage.
Dans le cas de la figure 7, qui met en œuvre le principe de l’invention, le couple de sortie s’annule avant l’arrêt du moteur. L’outil se libère donc naturellement sans aucune intervention de l’opérateur lui permettant de libérer l’outil de l’assemblage sans effort.

Claims (13)

  1. Procédé de détermination du couple minimal de serrage dérivable par un dispositif de vissage/dévissage comprenant:
    - un moteur (21) ayant un couple résistant à vide;
    - un arbre de sortie (23) susceptible d’être entrainé en rotation par ledit moteur(21) ;
    - une transmission (22) reliant ledit moteur (21) audit arbre de sortie (23), ladite transmission ayant un ratio R et un rendement μ inférieur à 1;
    - une barre de réaction(24) ;
    ledit procédé comprenant:
    - une étape (10) de détermination d’au moins une information représentative dudit couple résistant à vide;
    - une étape (11) de détermination d’au moins une information représentative dudit couple minimal de serrage, ledit couple minimal de serrage étant supérieur ou égal au double du produit dudit couple résistant à vide avec ledit ration et ledit rendement;
    - une étape (12) d’association dudit couple minimal de serrage audit dispositif de vissage/dévissage.
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite étape (12) d’association comprend une étape d’enregistrement dudit couple minimal de serrage dans une mémoire associée audit dispositif de vissage/dévissage, ledit dispositif comprenant des moyens de commande (27) interdisant audit dispositif de vissage/dévissage de délivrer un couple de serrage inférieur audit couple minimal de serrage.
  3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite étape (12) d’association comprend une étape d’édition d’une notice d’utilisation dudit dispositif de vissage/dévissage, ladite notice précisant la valeur du couple de serrage minimal auquel ledit dispositif doit être utilisé pour réaliser des opérations de vissage.
  4. Procédé selon la revendication 1 dans lequel dans lequel ladite étape (12) d’association comprend une étape de réalisation d’une étiquette et une étape de fixation de ladite étiquette sur ledit dispositif de vissage/dévissage, ladite étiquette précisant la valeur dudit couple minimal de serrage dudit dispositif.
  5. Dispositif de vissage/dévissage comprenant:
    - un moteur (21) ayant un couple résistant à vide;
    - un arbre de sortie (23) susceptible d’être entrainé en rotation par ledit moteur(21) ;
    - une transmission (22) reliant ledit moteur (21) audit arbre de sortie (23), ladite transmission ayant un ratio R et un rendement μ inférieur à 1;
    - une barre de réaction(24) ;
    caractérisé en ce que le couple de serrage minimal dudit dispositif est supérieur ou égal au double du produit dudit couple résistant à vide avec ledit ratio et ledit rendement.
  6. Dispositif selon la revendication 5 comprenant des moyens de sélection (26) dudit couple de serrage minimal dudit dispositif, la valeur minimale sélectionnable étant supérieure ou égale au double du produit dudit couple résistant à vide avec ledit ratio et ledit rendement.
  7. Dispositif selon la revendication 5 comprenant des moyens de commande (27) interdisant audit dispositif de vissage/dévissage de délivrer un couple de serrage inférieur audit couple minimal de serrage.
  8. Dispositif selon la revendication 5 comprenant une mémoire contenant une information représentative dudit couple minimal de serrage.
  9. Dispositif selon la revendication 5 comprenant une étiquette indiquant que le couple minimal de serrage dudit dispositif est supérieur ou égal au produit double dudit couple résistant à vide avec ledit ratio et ledit rendement.
  10. Dispositif selon la revendication 5 comprenant une notice d’utilisation indiquant que le couple minimal de serrage dudit dispositif est supérieur ou égal au double du produit dudit couple résistant à vide avec ledit ratio et ledit rendement.
  11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que ledit moteur (21) est électrique.
  12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit moteur (21) est de type synchrone sans balais.
  13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit moteur (21) comprend un rotor externe (210).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102013218190A1 (de) 2013-09-11 2015-03-12 Wagner Vermögensverwaltungs-GmbH & Co. KG Drehschrauber sowie Verfahren zum Durchführen eines Schraubvorgangs mit einem Drehschrauber
EP3120974A1 (fr) 2015-07-16 2017-01-25 Hohmann, Jörg Visseuse
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