Quelles sont les causes du desserrement des fixations filetées et comment l'éviter ? Cet article explore les raisons courantes du desserrement des assemblages, telles que les vibrations, les chocs et les charges variables, et propose des stratégies efficaces pour atténuer ce problème. De la compréhension des mécanismes de l'autodesserrage à l'apprentissage de méthodes de verrouillage avancées telles que les écrous doubles et les rondelles élastiques, vous découvrirez des solutions pratiques pour vous assurer que vos fixations restent sûres et que votre équipement reste opérationnel. Plongez dans cet ouvrage pour améliorer vos connaissances et protéger vos machines.
Les fixations filetées sont faciles à monter et à démonter et peuvent être utilisées à plusieurs reprises. Toutefois, elles présentent l'inconvénient de se desserrer dans certaines conditions de travail, notamment lorsqu'elles sont soumises à des vibrations, à des chocs, à des charges variables et à des différences de température excessives. Les écrous peuvent alors se détacher, rendant l'équipement inutilisable, voire provoquant de graves dysfonctionnements.
Il est donc essentiel d'identifier les raisons du desserrement des fixations filetées et de mettre en œuvre des mesures préventives efficaces lors de leur conception et de leur sélection.
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Après le serrage des fixations filetées, les irrégularités et les microrugosités de chaque surface de contact, y compris le profil du filet, la surface d'appui et la surface de contact des pièces connectées, seront encore réduites au cours du processus de travail.
Cette réduction se produit lorsque l'assemblage est soumis à des conditions telles que des vibrations, et la surface de contact peut même s'enfoncer partiellement, ce qui entraîne une modification de l'état de fixation de l'assemblage fileté. En conséquence, la force de pré-serrage est perdue et la connexion filetée devient lâche, un phénomène connu sous le nom de desserrage initial.
Pour résoudre ce problème, il est recommandé de resserrer les fixations filetées après une courte période de travail afin de restaurer la force de pré-serrage perdue en raison du desserrage initial.
Lors de l'assemblage de fixations filetées, si la pression de contact de la surface d'appui du boulon ou de l'écrou est trop élevée, la surface de la pièce assemblée subit une déformation plastique sous la forme d'une dépression annulaire au point de contact avec la surface d'appui du boulon ou de l'écrou.
Si une compression importante ou une déformation plastique continue se produit pendant le processus de travail, elle peut réduire ou même éliminer la force de pré-serrage des fixations, ce qui entraîne un desserrage des connexions. Ce type de desserrage est connu sous le nom de desserrage par indentation, et il s'agit d'une forme inévitable de déformation.
Pour éviter l'affaissement et le desserrage, il est important d'augmenter la surface de contact du boulon ou de l'écrou en créant une bride, ou d'utiliser une rondelle trempée plus résistante et offrant une plus grande surface de contact sous la surface d'appui.
L'expérience montre que la cause la plus fréquente de défaillance des assemblages filetés soumis à des charges dynamiques est l'autodesserrage, ce qui en fait le type de défaillance le plus fréquent.
Le mécanisme de l'autodesserrage est le suivant : dans un assemblage fileté, un frottement se produit sur les surfaces de contact des filets intérieurs et extérieurs, ainsi que sur les surfaces d'appui des fixations filetées et des pièces assemblées.
Lorsque le raccord fileté commence à se desserrer, le couple nécessaire pour surmonter le frottement sur la surface de contact du filetage est désigné par M1 :
Où : Q est la force de pré-serrage agissant sur le boulon ou la vis, également connue sous le nom de force axiale ou de force d'inertie. serrage force ; d2 est le diamètre primitif du filet ; ρ est l'angle de frottement.
Pour les fils triangulaires,
μ1 représente le coefficient de frottement entre les surfaces de contact des filets. β désigne le demi-angle de la forme de la dent, tandis que α indique l'angle de montée de l'hélice du filet. Il est important de noter que l'angle de montée des hélices peut varier en fonction du diamètre et qu'il est généralement basé sur l'angle de montée des hélices de diamètre de pas.
Une fois la fixation filetée serrée, le couple supplémentaire M2 produit par le frottement sur la surface d'appui de l'écrou ou de la tête de vis peut être calculé comme suit :
Où μ2 représente le coefficient de frottement entre la surface d'appui de l'écrou ou de la tête de vis et la surface de contact de la pièce connectée, et D2 est le diamètre moyen de la surface d'appui (surface de contact) de l'écrou ou de la tête de vis.
Lorsque le raccord fileté commence à se desserrer, le couple total nécessaire pour surmonter le frottement peut être calculé comme suit :
Selon la formule 3, une fixation filetée ne se desserre automatiquement que lorsque le couple total M est égal ou inférieur à zéro.
Dans le cas d'un assemblage fileté soumis à une charge statique, l'angle de frottement p est toujours supérieur à l'angle de levage a, ce qui satisfait à la condition d'autoblocage. Par conséquent, la valeur totale entre parenthèses dans la formule 3 ne sera pas égale ou inférieure à zéro, et la fixation filetée ne se desserrera pas automatiquement.
Toutefois, sous l'effet de charges dynamiques telles que les vibrations et les chocs, la pression normale sur la surface d'appui du filetage peut être instantanément réduite, voire nulle. Lorsque la contrainte de frottement est perdue, l'écrou peut glisser vers le bas le long de la pente sous l'effet des vibrations, ce qui entraîne progressivement le desserrage de l'écrou.
C'est comme un objet lourd sur un plan incliné, qui ne glissera pas vers le bas lorsqu'il ne vibre pas. Mais lorsqu'il vibre, il peut glisser vers le bas lorsque le frottement diminue ou disparaît.
Ce desserrage est appelé autoserrage des raccords filetés. Après des dizaines de milliers de cycles de vibration, la résistance au frottement anti-desserrage du raccord fileté peut être épuisée, ce qui entraîne un desserrage léger ou complet.
Un moyen fiable d'empêcher le desserrage consiste à convertir un raccord fileté détachable en un raccord non détachable par soudage, collage ou rivetage par poinçonnage (voir figure 1). Cela permet d'éliminer les caractéristiques de mouvement de la paire filetée.
L'inconvénient de cette méthode est qu'elle rend les fixations filetées inutilisables et que le processus peut nécessiter beaucoup de travail.
Cette technique est fréquemment utilisée dans les cas où le démontage n'est pas nécessaire, mais où il est essentiel d'éviter le desserrement.
Une façon d'éviter le desserrement est d'utiliser fixations mécaniques pour fixer et verrouiller des pièces filetées sur des pièces connectées, ou des pièces filetées sur d'autres pièces filetées. L'efficacité de cette méthode dépend de la solidité des fixations mécaniques.
Cette approche présente toutefois des inconvénients. Le poids de la connexion de fixation est accru, et le processus de fabrication et d'installation peut être lourd. En outre, l'installation mécanique n'est pas toujours possible.
Se reporter à la figure 2 pour connaître les méthodes courantes de verrouillage des fixations mécaniques.
L'objectif d'empêcher le desserrement est atteint en augmentant le frottement entre les filets ou entre les surfaces d'appui des boulons (vis) et des écrous, ou les deux.
Le plus grand avantage de cette méthode est qu'elle n'est pas limitée par l'utilisation de l'espace et qu'elle peut être montée et démontée à plusieurs reprises, et peut également être assemblée mécaniquement.
C'est donc cette méthode qui est la plus utilisée.
2.3.1 Ecrou double
Pour éviter tout desserrement, serrez deux écrous et deux boulons de même hauteur, comme indiqué dans la figure 3.
La méthode d'assemblage consiste à serrer d'abord l'écrou intérieur à 80% du couple d'assemblage, puis l'écrou extérieur à 100% du couple.
Cette technique assure un ajustement parfait entre l'écrou et le filetage du boulon, ce qui augmente considérablement la résistance au frottement anti-desserrage.
Le modèle utilitaire se caractérise par sa structure simple, son assemblage pratique et son excellent effet anti-desserrage.
Cependant, l'inconvénient est que le poids augmente en raison de la présence de deux écrous, et qu'un espace d'installation plus important est nécessaire.
2.3.2 Contre-écrou et vis de blocage de la face frontale dentée
Les extrémités inférieures des têtes d'écrous et de vis sont soit moletées, soit dentelées. Cela permet d'incruster des "dentelures" sur la surface des pièces assemblées lorsqu'une force de pré-serrage est appliquée (voir Fig. 4), ce qui augmente la résistance au frottement entre les contacts et a un bon effet anti-desserrage.
Le principe de cette méthode est d'appliquer une force de pré-serrage suffisante aux fixations, car sans une force de pré-serrage importante, il n'y aura pas de résistance au frottement anti-desserrage entre les faces d'extrémité. Toutefois, cette méthode ne peut pas être utilisée avec des rondelles et nécessite de veiller à une harmonisation raisonnable de la dureté. En général, la dureté des pièces serrées doit être inférieure à celle des fixations.
L'inconvénient de cette méthode est que la dent de scie sous la face frontale peut facilement endommager la surface de la pièce raccordée.
2.3.3 Rondelles élastiques
Divers types de rondelles sont utilisées dans les raccords filetés, comme les rondelles élastiques, les rondelles élastiques en forme de selle ou de vague, les rondelles de blocage en forme de dent, entre autres (voir Fig. 5).
Le modèle d'utilité s'appuie sur la tension du ressort de la rondelle ou sur la résistance au frottement générée par le gauchissement de la dent pour assurer la fonction de verrouillage du raccord fileté.
Ce modèle se distingue par sa structure simple, son faible coût et sa facilité d'utilisation. Néanmoins, il a un faible effet anti-desserrage et ne convient pas aux pièces soumises à des chocs et à des vibrations importants.
2.3.4 Contre-écrous et vis à couple effectif
Le terme "couple effectif" fait référence à la quantité de couple qu'un écrou doit appliquer avant de pouvoir se serrer et tourner sur la vis. Contrairement aux fixations à filetage général, qui peuvent tourner librement au repos avant d'être serrées, les contre-écrous à couple effectif nécessitent un couple considérable pour tourner au-dessus de la tête.
Il existe deux types d'écrous de blocage à couple efficace : les écrous de blocage entièrement métalliques et les écrous de blocage à couple élevé. non métallique insérer les contre-écrous.
(1) Contre-écrou métallique à couple effectif
Ce type d'écrou est créé soit en donnant une forme non circulaire à l'extrémité supérieure de l'écrou soit en groove l'extrémité supérieure de l'écrou pour diminuer localement le diamètre du raccord et créer une déformation. Ces changements augmentent la résistance au frottement entre les filets correspondants, ce qui entraîne un verrouillage ferme du boulon et de l'écrou (voir Fig. 6). Ce type d'écrou offre un bon effet de verrouillage.
(2) Type de couple effectif non métallique insérer le contre-écrou
Le type d'écrou appelé écrou de blocage à bague en nylon est doté d'une bague en nylon à son extrémité supérieure (voir Fig. 7).
Lorsque le boulon est vissé, le filetage interne entraîne la compression de la bague en nylon.
Le nylon, avec son élasticité et sa ténacité élevées, offre une résistance substantielle et stable au frottement contre le boulon et possède d'excellentes capacités d'absorption des chocs et d'amortissement des vibrations.
Par conséquent, cet écrou présente des performances de verrouillage supérieures à celles des écrous de verrouillage entièrement métalliques, et bénéficie d'une fiabilité anti-desserrage exceptionnelle.
En outre, le matériau nylon est élastique, ce qui le rend apte à des montages et démontages répétés. Il peut être utilisé avec des boulons de précision et de résistance variables.
Un inconvénient du contre-écrou à bague en nylon est que sa température d'utilisation est limitée par la température limite du matériau nylon, qui se situe généralement entre -50 et +100°C.
Des températures excessives peuvent ramollir le nylon, tandis que des températures excessivement basses peuvent le rendre cassant et accélérer son vieillissement, entraînant des réductions significatives des performances mécaniques et de fonctionnement du contre-écrou.
(3) Écrou de blocage de la face de la bride à insert non métallique
L'écrou illustré à la figure 8 est un écrou à flasque avec un insert non métallique, ce qui augmente la surface de contact. Cette conception combine les avantages d'un contre-écrou à insert non métallique et d'un écrou à flasque, ce qui permet d'obtenir des performances anti-desserrage supérieures.
Il est important de noter que la résistance à la température de l'écrou est limitée par la tolérance à la température du nylon.
(4) Boulon avec couche de blocage pré-enduite
Le contenu suivant a fait l'objet d'une relecture professionnelle :
Le boulon ou la vis avec une couche de blocage pré-enrobée fait référence à une surface filetée d'un boulon ou d'une tige de vis enrobée d'une couche de nylon ou d'autres matériaux macromoléculaires.
Le principe de verrouillage du boulon ou de la vis est similaire à celui d'un écrou de blocage à bague en nylon.
Lorsque le boulon est vissé dans l'écrou, la couche de nylon sur le profil du filetage est comprimée et le matériau extrudé remplit l'espace entre les filets internes et externes. Cela augmente la friction et permet d'atteindre l'objectif de verrouillage.
Toutefois, il est important de noter qu'il n'existe actuellement aucune norme nationale pour ce produit.
Il existe différentes méthodes pour empêcher les fixations filetées de se desserrer, qui doivent être choisies en fonction de la situation spécifique dans les applications pratiques.
Il est important de noter que les rondelles élastiques et les rondelles plates (voir Fig. 5), couramment utilisées dans l'industrie mécanique, ne sont pas idéales.
Les statistiques et les essais anti-vibration des raccords filetés ont montré que les performances anti-vibration et anti-desserrage les plus efficaces, ainsi que la durée de vie la plus longue de l'anti-desserrage, sont obtenues avec l'utilisation d'écrous de blocage non métalliques à couple efficace et d'écrous de blocage non métalliques à couple efficace pour faces de brides.
Même après une exposition prolongée à des chocs et des vibrations intenses, ces écrous ne montrent aucun signe de desserrement. Certains experts étrangers les qualifient de "contre-écrous qui ne se desserrent jamais".
L'un des inconvénients de ces écrous est que leur température d'utilisation est limitée par la résistance à la température du matériau nylon.
Actuellement, ces écrous sont largement utilisés dans les pièces non soumises à des températures élevées des voitures.
On s'attend à ce que les progrès technologiques, une meilleure compréhension et une plus grande résistance à la température du nylon entraînent une plus grande utilisation de ces écrous.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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