Écrous et boulons : garder le tout serré

Il n'est pas exagéré de dire que sans écrous et boulons, le monde s'effondrerait. Les connexions boulonnées sont partout, du châssis de votre imprimante 3D DIY aux écrous de roue qui maintiennent les roues de votre voiture. Bien que la pénalité en cas de défaillance soit certainement plus élevée dans ce dernier cas que dans le premier, le desserrage automatique des écrous et des boulons est rarement une bonne chose. Les ingénieurs ont trouvé des dizaines de façons de s'assurer que le monde ne s'effondre pas, et certaines fonctionnent mieux que d'autres. Explorons quelques-unes de ces méthodes et découvrons ce qui fonctionne, ce qui ne fonctionne pas, et au cours du processus, nous en apprendrons peut-être un peu sur le fonctionnement de ces fixations fascinantes.

Il existe de nombreuses façons pour un assemblage boulonné de tomber en panne, mais l'auto-desserrage induit par les vibrations est peut-être le plus insidieux. Quiconque a déjà martelé un boulon coincé ou utilisé une clé à chocs pour retirer un écrou rouillé sait que les vibrations aident vraiment. Mettez ce même joint en service et soumettez-le au bon type de vibration, et il y a de fortes chances que la connexion se desserre d'elle-même et provoque la défaillance du joint.

Dans les années 1960, l'ingénieur allemand Gerhard Junker a étudié l'auto-desserrage et est arrivé à la conclusion que les vibrations transversales étaient responsables de la défaillance des assemblages boulonnés. Il a conçu un appareil de test simple qui a fourni des vibrations transversales rapides tout en surveillant la tension de précharge des fixations avec une cellule de charge. La représentation graphique de la précharge en fonction du nombre de cycles vibratoires a fourni des indices sur l'efficacité de diverses méthodes de verrouillage. Le test est devenu connu sous le nom de test Junker et en tant que norme DIN 65151, il reste l'étalon-or pour tester l'auto-desserrage.

Il existe des vidéos fascinantes montrant des tests Junker en action, et certaines sont carrément effrayantes. En règle générale, nous allons jeter une simple rondelle de blocage à ressort hélicoïdal sur un goujon ou un boulon, serrer l'écrou bien et bien serré, et l'appeler un jour, avec l'impression que nous avons fait un joint sûr. Mais rien ne pouvait être plus éloigné de la vérité. En fait, la vidéo ci-dessous montre que non seulement les rondelles de blocage ajoutent très peu de sécurité aux connexions boulonnées, mais aucune des autres méthodes courantes - rondelles plates, écrous à insert en nylon et écrous empilés - n'apporte beaucoup d'aide non plus.

De toute évidence, la vidéo ci-dessus vise à commercialiser les rondelles de blocage fantaisie de l'entreprise, et il est assez clair qu'elles fonctionnent bien. Mais pourquoi fonctionnent-ils lorsqu'une simple rondelle de blocage tombe en panne ? Pour répondre à cela, il est utile de regarder ce qui fonctionne d'autre, quelque chose qui n'a pas été testé dans la vidéo - un contre-écrou correctement installé.

Un contre-écrou est un écrou à profil bas, généralement environ la moitié de la hauteur d'un écrou standard, qui est installé sous le plus gros écrou. Lorsque le contre-écrou est installé, il n'est serré qu'à environ un quart à la moitié du couple final complet. L'écrou épais est ensuite installé et serré à la valeur finale tandis que le contre-écrou est maintenu en place avec une clé. Cela tire efficacement le boulon vers le haut à travers le contre-écrou. Les filetages du boulon sont alors en contact avec les flancs supérieurs des filetages à l'intérieur de l'écrou de blocage, tout en étant simultanément en contact avec les flancs supérieurs ou de pression de l'écrou supérieur. Les écrous supérieur et inférieur fournissant des forces opposées sur le boulon, les écrous sont beaucoup moins susceptibles de se desserrer d'eux-mêmes.

Un mécanisme similaire est à l'œuvre dans les rondelles de blocage. Les deux moitiés de la rondelle ont des cales imbriquées dont l'angle dépasse le pas des filetages des boulons. Au fur et à mesure que le boulon est serré, le pas plus élevé des rondelles tire le boulon vers le haut, fournissant une force opposée pour bloquer les filets et empêcher la fixation de se desserrer d'elle-même.

Si nous regardons toutes les méthodes de verrouillage qui échouent, elles ont toutes quelque chose en commun : elles reposent toutes sur la friction. Les écrous de blocage et les rondelles de blocage fonctionnent en fournissant une tension pour s'opposer aux vibrations transversales qui conduisent à l'auto-desserrage et sont donc beaucoup plus efficaces.

Bien sûr, il existe d'autres méthodes de verrouillage des fixations filetées. On pense aux bloqueurs de filetage adhésifs, tout comme les méthodes plus compliquées comme les écrous câblés et les rondelles à onglets, et ils peuvent être des méthodes très efficaces. Mais pour un faible coût et une facilité d'installation, il est difficile de battre un simple contre-écrou pour empêcher le monde de s'effondrer.

Source de l'image en vedette : Nord-LockGroup