Vous êtes-vous déjà demandé ce qui fait tenir ensemble les machines du monde entier ? Les boulons sont les champions méconnus de l'ingénierie. Cet article lève le voile sur le monde fascinant des boulons, de leurs types et spécifications aux principes de leurs connexions. Préparez-vous à apprendre comment ces minuscules composants jouent un rôle crucial dans le maintien de l'intégrité de tous les éléments, des ponts aux bicyclettes !
Définition du boulon :
Un boulon est une fixation mécanique essentielle composée de deux éléments principaux : une tête et une tige filetée (corps cylindrique avec des stries hélicoïdales externes). Cet élément de fixation polyvalent est conçu pour assembler solidement deux ou plusieurs composants, souvent en association avec un écrou.
Classification des boulons :
Classifications supplémentaires :
Spécifications des boulons : (GB/T1237)
Les spécifications du filetage des boulons déterminent les spécifications de la clé utilisée (GB/T4388)
| Diamètre du filet d/mm | Dimension opposée s/mm | Taille de la clé S/mm | Diamètre du filet d/mm | Dimension opposée s/mm | Taille de la clé S/mm |
| M5 | 8 | 8 | M18 | 27 | 27 |
| M6 | 10 | 10 | M20 | 30 | 30 |
| M8 | 13 | 13/14 | M22 | 32 | 32 |
| M10 | 17 | 16/17 | M24 | 36 | 36 |
| M12 | 19 | 18/19 | M27 | 41 | 41 |
| M14 | 22 | 22 | M30 | 46 | 46 |
| M16 | 24 | 24 | M36 | 55 | 55 |
Classes de performance des boulons (GB/T3098.1-2010)
La désignation de la classe de performance d'un boulon est indiquée sur sa tête, généralement représentée par deux nombres X.Y, qui fournissent des informations cruciales sur les propriétés mécaniques du boulon.
X * 100 représente la résistance nominale à la traction du matériau du boulon en MPa.
X * 100 * (Y/10) représente la limite d'élasticité du boulon en MPa.
La norme comprend plus de 10 grades de performance, tels que 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9 et 12.9. Chaque grade correspond à des caractéristiques de résistance et à des applications spécifiques.
Les boulons à haute résistance, définis comme ceux dont la classe de performance est de 8,8 ou plus, sont fabriqués à partir d'acier allié à faible teneur en carbone ou d'acier à teneur moyenne en carbone. Ces boulons subissent un traitement thermique, notamment une trempe et un revenu, afin d'obtenir des propriétés mécaniques supérieures.
Les boulons courants, également appelés boulons ordinaires, sont classés en deux catégories principales :
Le choix de la classe de boulon dépend de facteurs tels que les exigences de charge, les conditions environnementales et les facteurs de sécurité dans l'application spécifique.
Les assemblages par boulons constituent une méthode fondamentale d'assemblage de composants dans le domaine de l'ingénierie mécanique et de la fabrication. Ce type de fixation utilise des boulons et des écrous pour relier solidement deux ou plusieurs pièces dont les trous de passage sont alignés. L'un des principaux avantages des assemblages par boulons est leur capacité à être démontés, ce qui les rend idéaux pour les applications nécessitant une maintenance périodique ou le remplacement de pièces.
La classification des assemblages par boulons est principalement basée sur l'ajustement entre le boulon et le trou de passage :
Raccordement par boulon commun : Ce type d'assemblage se caractérise par un ajustement entre l'arbre du boulon et le trou après l'assemblage. Ses avantages sont les suivants
Assemblage par boulon à tolérance étroite : Également connu sous le nom d'assemblage par boulon à trou articulé, ce type d'assemblage se caractérise par un jeu nul ou négatif entre le boulon et le trou après l'assemblage. Les principales caractéristiques sont les suivantes :
Le choix entre ces deux types dépend de facteurs tels que les conditions de charge, la précision requise, la fréquence de montage/démontage et les considérations de coût. Les ingénieurs doivent évaluer soigneusement ces facteurs afin de sélectionner le type d'assemblage par boulon le plus approprié pour leur application spécifique.
Principe de fonctionnement de l'assemblage par boulons
Les assemblages par boulons reposent sur les principes fondamentaux de la mécanique, en particulier la loi de Hooke et le frottement. L'efficacité de ces assemblages découle de l'interaction précise entre le boulon, l'écrou et les matériaux assemblés.
Loi de Hooke : Ce principe est à la base du comportement des boulons sous charge. Il stipule que dans la limite élastique d'un matériau, la contrainte est directement proportionnelle à la déformation. Dans les assemblages par boulons, cela se traduit par :
σ = E * ε
Où ?
σ = contrainte
E = module d'Young (constante spécifique au matériau)
ε = déformation (déformation par unité de longueur)
Pour les boulons, cette relation régit leur déformation élastique sous une charge de traction, ce qui leur permet d'agir comme des éléments élastiques dans l'assemblage. Le boulon s'allonge légèrement lorsqu'il est serré, créant ainsi une force de serrage qui maintient les pièces assemblées.
Précharge et force de serrage : Lorsqu'un boulon est serré, il génère une précharge (force de traction initiale) dans son arbre. Cette précharge crée une force de serrage égale et opposée entre les pièces assemblées. L'ampleur de cette force est essentielle pour l'intégrité de l'assemblage et correspond généralement à 75-90% de la résistance à l'épreuve du boulon afin de garantir des performances optimales sans déformation permanente.
Le frottement : Deux types de frottement jouent un rôle crucial dans les assemblages par boulons :
Ces forces de frottement permettent de maintenir la précharge et d'éviter le desserrage automatique sous des charges dynamiques.
Répartition de la charge : Dans un assemblage par boulon correctement conçu, les charges externes sont principalement supportées par le frottement entre les pièces serrées, et non par le cisaillement de l'arbre du boulon. Ce principe de répartition des charges renforce la solidité et la résistance à la fatigue de l'assemblage.
Interaction élastique : Le boulon et les pièces serrées forment un système élastique. Sous l'effet d'une charge de traction externe, le boulon s'allonge davantage tandis que les pièces serrées se décompriment légèrement. Cette interaction élastique permet de maintenir l'intégrité de l'assemblage dans des conditions de charge variables.
Analyse en cisaillement et en traction des assemblages boulonnés (I)
Connexion par boulon de cisaillement : Transmet la puissance par la compression mutuelle de la tige du boulon et de la paroi du trou.
Assemblage par boulon tendu : Elle repose principalement sur la précontrainte du boulon après le serrage.
Lorsque le composant raccordé a une grande rigidité et que les boulons sont disposés symétriquement, chaque boulon supportera la tension moyenne au niveau de l'assemblage.
Lorsque le composant connecté a une faible rigidité, la bride de connexion se plie et se déforme, générant une force de levier.
Analyse en cisaillement et en traction des assemblages boulonnés (II)
Outre le cisaillement et la traction, les assemblages par boulons peuvent également être soumis à des vibrations, à la température, à des contraintes latérales (vent, écoulement, pression, etc.), à des variations de charges et à d'autres forces.
Il existe trois méthodes de serrage des boulons:
Méthode de serrage au couple : Le principe est qu'il existe une certaine relation entre la taille du couple et la force de pré-serrage axial. Cette méthode de serrage est simple et intuitive et est largement utilisée à l'heure actuelle.
Méthode de serrage angulaire : L'angle de rotation est proportionnel à la somme de l'extension du boulon et du relâchement du composant serré. Par conséquent, la méthode consistant à faire tourner le boulon à l'angle spécifié pour obtenir la force de serrage souhaitée peut être adoptée.
Méthode de serrage à la limite d'élasticité : L'objectif théorique est de serrer le boulon juste au-delà de la limite d'élasticité.
Méthode de serrage au couple
Application d'une force de pré-serrage à l'élément de fixation en faisant tourner la partie écrou de l'élément de fixation
Le couple appliqué est conforme à la règle 5-4-1.
Lubrification uniquement à la fin de la partie de serrage de la vis/boulon.
| Frottement de la tête de boulon | Frottement du fil | Précharge | |
| Situation générale | 50% | 40% | 10% |
| Lubrification de la tête de boulon | 45% | 40% | 15% |
| Lubrification des filets | 50% | 30% | 20% |
| Fil défectueux | 50% | 45% | 5% |
Principe de la séquence de serrage des boulons
Serrer en séquence à partir du milieu, puis des deux côtés, puis en diagonale, et enfin dans le sens des aiguilles d'une montre, par étapes.
Le serrage est généralement divisé en deux étapes : la première étape consiste à serrer avec un couple d'environ 50%, et la seconde étape consiste à serrer avec un couple de 100%.
L'extrémité du boulon doit dépasser l'écrou de 1 à 3 longueurs de pas.
1. Avant de préparer l'assemblage du boulon, il est nécessaire de :
Vérifiez que le boulon et l'écrou sont propres et exempts de rouille, de bavures et de bosses.
Vérifiez le plan de contact entre la pièce connectée et le boulon et l'écrou, et assurez-vous qu'il est perpendiculaire au trou du boulon.
Vérifiez également que les boulons et les écrous sont bien serrés.
2. Lors de l'assemblage de l'écrou et de la rondelle plate, l'écrou et la rondelle doivent être assemblés avec l'envers tourné vers la pièce connectée.
Le côté de l'écrou marqué de caractères est le côté avant, et le côté lisse de la rondelle est le côté avant.
3. Directives relatives à l'utilisation de la force (à titre de référence uniquement) :
| Spécification des boulons d/mm | Couple appliqué M/N.m | L'essentiel des opérations | Spécification des boulons d/mm | Couple appliqué M/N.m | L'essentiel des opérations | |
| M6 | 3.5 | Force du poignet uniquement | M16 | 71 | Augmentation de la force générale | |
| M8 | 8.3 | Ajouter la force du poignet, la force du coude | M20 | 137 | le poids corporel total | |
| M10 | 16.4 | Augmentation de la force générale | M24 | 235 | Ajouter le poids du corps | |
| M12 | 28.4 | Ajouter la force du demi-corps | / | / | / | |
4. La clé de la prévention du desserrement des boulons réside dans la prévention de la rotation relative des filets des boulons. Il existe trois méthodes courantes pour desserrage du boulon:
Anti-friction
Antidévissage mécanique
Antidévissage permanent
5. Problèmes courants lors de l'enlèvement des boulons
Lors du desserrage des boulons de bride sur les tuyaux et les vannes :
Desserrez d'abord la moitié des boulons à l'écart de la carrosserie pour permettre à l'huile, à la vapeur ou à l'eau restantes de s'évacuer par le côté opposé afin d'éviter d'être pulvérisées ou brûlées.
Dans le cas de boulons collés qui ne peuvent pas être desserrés :
La plupart des colles sont des solutions organiques et peuvent être trempées dans de l'huile de banane ou de l'alcool pendant une demi-heure, ou recouvertes d'un coton imbibé d'alcool sur le boulon. Plus le temps est long, plus la colle se dissout.
Dans le cas de boulons rouillés qui ne peuvent être desserrés :
Vaporisez du WD-40 et attendez une demi-heure. Le spray pénètre dans le boulon et dissout la rouille.
Autres méthodes : vibration, lubrification, torréfaction, forage
En cas de glissement des boulons qui ne peuvent être desserrés :
Les solutions corrosives telles que l'acide dilué ou l'acide chlorhydrique peuvent lentement corroder le boulon.
Utiliser un acide pour le métal et un alcali pour le plastique.
6. Idées reçues sur l'utilisation des boulons
Grossier au lieu de fin :
Certaines articulations importantes, telles que les arbres de transmission et les volants d'inertie, utilisent des boulons à filetage fin.
Les boulons à filetage fin ont un pas et un angle plus petits et présentent des avantages tels qu'une résistance élevée et de bonnes performances d'autoblocage. Ils ont une forte capacité à résister aux chocs, aux vibrations et aux charges d'échange.
Si des boulons à gros filets sont utilisés à la place de boulons à filets fins, ils risquent de se desserrer ou de se détacher et de provoquer des accidents.
Ajustement incorrect :
Les boulons qui supportent des charges transversales et des forces de cisaillement (tels que les boulons de l'arbre d'entraînement et les boulons du volant moteur) ont des ajustements transitoires avec les trous des boulons. L'assemblage doit être solide et fiable, et capable de résister aux forces latérales.
Si le contrôle n'est pas effectué lors de l'assemblage, il est possible que des espaces importants entre le boulon et le trou du boulon soient encore installés, ce qui peut entraîner un desserrement du boulon ou des accidents de coupure.
Noix plus épaisses :
Point de vue erroné : Des écrous plus épais peuvent augmenter le nombre de tours de filetage et améliorer la fiabilité des assemblages.
En fait, plus l'écrou est épais, plus la répartition de la charge entre chaque tour de filetage est inégale, ce qui facilite le desserrement de l'articulation.
Un écrou avec plusieurs rondelles :
Parfois, les boulons assemblés sont trop longs, c'est pourquoi certaines personnes mettent plusieurs rondelles élastiques sur un boulon.
Pendant le processus de serrage, le rondelles élastiques sont soumis à des forces inégales et certains peuvent se rompre, ce qui réduit la force de pré-serrage du boulon.
Ou générer des charges excentriques, ce qui réduit la fiabilité de l'assemblage par boulon.
Le lave-linge est trop grand : (GB/T97.1-2002 Tableau 1, M5 à M36 : le diamètre intérieur de la rondelle est supérieur au diamètre du filet de 0,3 mm à 1 mm)
Pratique incorrecte : En raison du manque de rondelles appropriées, une rondelle d'un diamètre intérieur plus grand est utilisée comme substitut.
Il en résulte une diminution du contact entre la face inférieure de la tête du boulon et la rondelle, ce qui entraîne une diminution de la capacité de pression ou de la force de verrouillage de la rondelle. Sous l'influence des vibrations et des charges d'impact, le boulon est susceptible de se desserrer.
Le couple n'est pas conforme :
Point de vue erroné : La croyance que les boulons doivent être "serrés mais pas desserrés", ce qui conduit à une augmentation intentionnelle du couple de serrage.
Conséquences : Il en résulte un glissement, voire une rupture du boulon.
Pratique incorrecte : Pour les boulons importants qui doivent être serrés au couple, on a tendance à utiliser une clé à main pour gagner du temps.
Conséquences : Les boulons se desserrent en raison d'un couple insuffisant, ce qui entraîne une défaillance.
Verrouillage inadéquat : Les boulons importants doivent être sécurisés par des dispositifs anti-desserrage après l'assemblage.
Lors de l'utilisation d'un verrouillage par goupille fendue, une erreur fréquente consiste à utiliser une goupille fendue trop fine ou une demi-goupille fendue.
Lors de l'utilisation d'une rondelle élastique, une erreur fréquente est que l'ouverture de la rondelle est trop petite et qu'elle perd son élasticité.
Lors de l'utilisation d'une rondelle d'arrêt, une erreur fréquente consiste à bloquer la rondelle sur le bord de l'écrou.
Lors de l'utilisation d'écrous doubles, une erreur fréquente consiste à utiliser un écrou mince à l'extérieur et à ne pas le serrer.
Fausse fortification :
Les filets des boulons, des écrous ou des trous présentent des taches de rouille, de la calamine, copeaux de ferparticules de sable, bavures, etc.
Avant l'assemblage, elles doivent être nettoyées. Lors du serrage des boulons, en raison de l'effet de blocage des impuretés, la valeur du couple de surface atteint la valeur requise, mais en fait, les pièces de connexion ne sont pas réellement serrées.
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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