Écrous et boulons : garder le tout serré

Il n’est pas exagéré de dire que sans les écrous et les boulons, le monde s’effondrerait. Les connexions boulonnées sont partout, du cadre de votre imprimante 3D DIY aux écrous de roue qui maintiennent les roues de votre voiture. Bien que la pénalité en cas d’échec soit certainement plus élevée dans ce dernier que dans le premier, l’auto-desserrage 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 certains fonctionnent mieux que d’autres. Explorons quelques-unes de ces méthodes et découvrons ce qui fonctionne, ce qui ne fonctionne pas, et dans le processus, nous en apprendrons peut-être un peu plus sur le fonctionnement de ces fixations fascinantes.

Il existe de nombreuses façons pour un joint boulonné de se briser, mais l’auto-desserrage induit par les vibrations est peut-être le plus insidieux. Quiconque a déjà frappé un boulon coincé ou utilisé une clé à chocs pour enlever 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 de l’articulation.

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 connexions boulonnées. Il a conçu un appareil d’essai simple qui fournissait des vibrations transversales rapides tout en surveillant la tension de précharge de la fixation avec un capteur de charge. La représentation graphique de la précharge en fonction du nombre de cycles vibratoires a fourni des indices sur l’efficacité des différentes 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 les tests Junker en action, et certaines sont carrément effrayantes. En règle générale, nous lançons une simple rondelle hélicoïdale à ressort sur un goujon ou un boulon, nous serrons l’écrou bien ajusté et nous l’appellerons un jour, en ayant l’impression d’avoir fait un joint sûr. Mais rien ne pourrait être plus éloigné de la vérité. En fait, la vidéo ci-dessous montre que non seulement les rondelles de verrouillage ajoutent très peu de sécurité aux connexions boulonnées, mais qu’aucune des autres méthodes courantes - rondelles ordinaires, écrous d’insertion en nylon et écrous empilés - ne fournit beaucoup d’aide non plus.

De toute évidence, la vidéo ci-dessus vise à commercialiser les rondelles à verrouillage par coin sophistiquées de l’entreprise, et il est assez clair qu’elles fonctionnent bien. Mais pourquoi fonctionnent-ils lorsqu’une simple rondelle de verrouillage tombe en panne? Pour répondre à cette question, il vaut la peine de regarder ce qui fonctionne d’autre, quelque chose qui n’a pas été testé dans la vidéo – un écrou de confiture correctement installé.

Un écrou de confiture 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 l’écrou de confiture 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 l’écrou de confiture est maintenu en place avec une clé. Cela tire efficacement le boulon vers le haut à travers l’écrou de bourrage. Les filetages du boulon sont alors en contact avec les flancs supérieurs des filetages à l’intérieur de l’écrou de bourrage, tout en contactant simultanément les flancs supérieurs ou de pression de l’écrou supérieur. Avec 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 à verrouillage par coin. Les deux moitiés de la rondelle ont des cales imbriquées, dont l’angle dépasse le pas des filetages de boulon. Lorsque le boulon est serré, le pas plus élevé des rondelles tire le boulon vers le haut, fournissant une force opposée pour coincer les filetages et empêcher la fixation de se desserrer automatiquement.

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 confiture et les rondelles à verrouillage par coin fonctionnent en fournissant une tension pour s’opposer aux vibrations transversales qui conduisent à l’auto-relâchement et sont donc beaucoup plus efficaces.

Bien sûr, il existe d’autres méthodes de verrouillage des attaches filetées. Les casiers à fil adhésif viennent à l’esprit, tout comme les méthodes plus compliquées comme les écrous filaires 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 écrou de confiture pour empêcher le monde de s’effondrer.

Source de l’image en vedette: Nord-LockGroup