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Maintenir le serrage des vis et des écrous

La sécurité, c'est important! Et une vis qui se desserre, c'est tout sauf sécuritaire... Découvrez ici les diverses solutions pour sécuriser vos assemblages.

Rappel sur la fonction d’un assemblage vissé

Un assemblage vissé réunit plusieurs pièces mécaniques au moyen de composants filetés : vis, tige filetée, goujons.

Par simplification nous utiliserons le terme générique « assemblage vissé ».
La vis a pour fonction de maintenir les pièces assemblées en leur appliquant une pression : la précontrainte. Celle-ci est obtenue en créant dans la vis une tension par son allongement lors du montage.
Comme vu dans l’article sur le couple de serrage, le moyen le plus utilisé pour générer la tension dans la vis est sa rotation, l’hélice du filet génère alors un déplacement axial : le vissage.
Lorsque la tête de la vis ou l’écrou est en contact avec l’empilage des pièces à assembler, l’effort de vissage crée l’allongement de la vis (et, dans une moindre mesure, le tassement des surfaces de contact).
La vis agissant comme un ressort, sa tension interne crée l’effort d’assemblage.

L’énergie fournie par l’outil lors du vissage agit sur plusieurs actions :


Répartition énergie de serrage

De nombreuses études montrent que les frottements représentent environ 90% de l’énergie apportée par le vissage, d’où l’importance de maitriser les frottements et les réduire pour améliorer le rendement des vis.
Un couple correctement appliqué et une bonne maitrise des frottements permettra d’obtenir une bonne précontrainte dans l’assemblage.

Mais seule la tension de la vis participe à l’effort d’assemblage.

Le desserrage ou dévissage spontané (non volontaire)

Les assemblages vissés sont plus ou moins sollicités par des contraintes mécaniques extérieures (statiques, dynamiques, vibratoires) et des contraintes environnementales (notamment thermiques).
Ces termes regroupent deux phénomènes différents :

Nous aborderons ici les contraintes mécaniques et le dévissage, qui représentent une très grande majorité des causes de desserrage spontanés.


Comment conserver la précontrainte installée

Depuis la révolution industrielle et l’utilisation en masse des vis et écrous, les inventeurs ont été très créatifs et plusieurs dizaines de solutions ont été mises au point.
Aujourd’hui, quelques solutions techniques subsistent et sont largement utilisées dans l’industrie.
Elle se regroupent en quelques familles, avec certaines nuances, en fonction de leur mode d’action.
Petit tour d'horizon...

Augmentation du frottement sous tête

  • Rondelles crantées
  • Rondelles éventail
  • Ecrous à embase crantée
  • Rondelles coniques
  • Rondelles CS (rondelles coniques striées)
Rondelle éventail
AvantagesInconvénients
Efficace en statique
Large choix de solutions
Économique
Moyennement efficace en dynamique
Inefficace en vibratoire
Ne préserve pas la précontrainte, seule grandeur importante
Augmente le couple de vissage
Augmente les dispersions sur la précontrainte
Multiplication des solutions / articles
Pas réutilisables

Augmentation du frottement dans le filet

  • Écrous bague nylon
  • Écrous fendus
  • Écrous pincés
  • Écrous à déformation
Ecrou bague nylon
AvantagesInconvénients
Efficace en statique
Efficace en dynamique
Large choix de solutions
Économique (bague nylon)
Pas de solution en vis dans un taraudage (sans écrou)
Moyennement efficace en vibratoire
Performances non constantes avec des produits banalisés d’importation (bague nylon)
Ne préserve pas la précontrainte, seule grandeur importante
Augmente le couple de vissage
Augmente les dispersions sur la précontrainte
Multiplication des solutions / articles
Augmente la torsion dans la vis
Réutilisation partielle

Cas particulier des adhésifs

Les adhésifs (colles) ont l’avantage d’être une solution universelle pouvant aussi bien être utilisée avec une vis, un goujon, une tige filetée, un taraudage, un écrou...
Bien que leur utilisation semble simple et soit largement répandue, si elles sont mal utilisées les colles peuvent amener plus de désagrément qu'autre chose...
Leur utilisation nécessite une préparation soignée des supports et une maitrise de l’état des surfaces. En effet, les performances changent en fonction de trop nombreux paramètres plus ou moins prévisibles tels que la rugosité des surfaces, les jeux, les matières, la lubrification, la température, l’hygrométrie,...
Trop de paramètres pour obtenir une répétabilité de la sureté d’un assemblage!
De plus, le temps de prise (polymérisation) varie de quelques heures à plusieurs jours, interdisant une mise en route rapide du mécanisme.
Enfin, les adhésifs n’offrent aucune garantie sur la tenue de la précontrainte et il faut tenir compte d’une grande variabilité des coefficients de frottement dans le calcul du couple de vissage...

AvantagesInconvénients
Efficace en statique
Relativement efficace en dynamique
Universel
Économique
Relativement étanche
Moyennement efficace en vibratoire
Performances non constantes avec trop de paramètres influents
Démontage parfois difficile
Ne préserve pas la précontrainte, seule grandeur importante
Augmente les dispersions sur la précontrainte
Très polluant : la vis n’est plus recyclable
Flacon très polluant
Risques pour l’opérateur en cas de contact

Cas particulier des contre-écrous

Le contre-écrou (ou contrécrou) est une solution couramment utilisée pour limiter le dévissage lorsque l’assemblage est soumis à des sollicitations.
Son fonctionnement est basé sur une contrainte-interne du couple écrou / contre-écrou « plaquant » les filets de chaque écrou contre le filet de la vis. Ce phénomène tend à maintenir le frottement dans les filets et agit comme un « rattrapage de jeux » (jeux chers à H7g6.fr).
Cela offre une relativement bonne tenue aux sollicitations dynamiques, mais les vibrations intenses ont souvent raison du contre-écrou.
De plus, la mise en œuvre nécessite une bonne pratique avec un fort risque d’ajouter de la précontrainte après le vissage du 1er écrou. Ces assemblages sont souvent sur-serrés...

AvantagesInconvénients
Efficace en statique
Relativement efficace en dynamique
Composants standard
Composants pas chers
Facilement démontables
Moyennement efficace en vibratoire
Performances non constantes car dépendant beaucoup du mode opératoire, donc de l’opérateur
Mise en œuvre délicate avec 2 clés
Opération manuelle, ne peut pas être réalisée avec des outils de vissage motorisés
Double le temps de montage car serrage de 2 écrous

Blocage de rotation

  • Fil frein
  • Frein à aileron (frein d’équerre)
Rondelle à aileron
AvantagesInconvénients
Efficace en statique
Efficace en dynamique
Visuel, contrôle aisé
Rassurant
Moyennement efficace en vibratoire
Ne préserve pas la précontrainte, seule grandeur importante
Mise en œuvre délicate, longue et très couteuse
Fiabilité très dépendante de l’opérateur
Vis hors standard (percées pour fil frein)
Pas réutilisables

Maintien de la précontrainte

  • Rondelles autobloquantes à rampes (à effet de coin)
  • Écrous de sécurité avec rondelles à rampes

Cette technologie agit directement sur la précontrainte que l’on souhaite conserver, par le maintien de l’allongement de la vis même soumise à des sollicitations dynamiques ou vibratoires intenses.
Elle se décline essentiellement sous forme de rondelles autobloquantes et d’écrous de sécurité qui intègrent les rondelles serties imperdables.

Rondelle HEICO-LOCK Combi
AvantagesInconvénients
Efficace en statique
Efficace en dynamique
Efficace en vibratoire
Large choix de solutions
Utilisables aussi bien sous une vis ou sous un écrou
Solution polyvalente diminue le nombre de références
Sécurise l’assemblage
Résiste aux fortes vibrations de l’essai Junker DIN25201 / DIN65151
Réutilisables
Qualité d’une production européenne non galvaudée
Offre réduite à 2 fabricants européens
Prix des composants

La technologie des rondelles autobloquantes à rampes (ou rondelles à effet de coin) offre le maximum de sécurité des assemblages vissés. Ceci est illustré par l’essai en vibration Junker, qui démontre le maintien de la précontrainte dans un assemblage vissé soumis à des vibrations radiales intenses.

Comment fonctionne cette technologie ?
Essai en vibration Junker DIN65151 / DIN25201 Essai en vibration Junker
Source HEICO-LOCK®
  • 1 : écrou H non sécurisé
  • 2 : écrou bague nylon
  • 3 : écrou fendu 1 fente
  • 4 : écrou fendu 2 fentes
  • 5 : écrou H + rondelle CS (conique striée – rondelle contact)
  • 6 : écrou H + rondelles à rampes HEICO-LOCK
  • 7 : écrous de sécurité HEICO-LOCK HLM
  • 8 : écrou H + rondelles à rampes HEICO-LOCK (1/2 précontrainte)

Pour conclure, quelle solution choisir ?

En fait, comme souvent en mécanique, il n'y a pas UNE solution passe-partout et adaptée à toutes les situations. Il faut analyser son besoin, ses contraintes, puis choisir en fonction.
Ceci dit, lorsqu'un assemblage est soumis à des vibrations, il faudra s'orienter le plus souvent vers des rondelles autobloquantes à rampes (ou des écrous de sécurité, basés sur la même technologie).

Pour les cas non-soumis à vibration, où le choix est évident, répondre aux questions suivantes permet en général de s'orienter vers la bonne solution :



Article rédigé par M. Laurent VINCENT, Spécialiste en sécurité pour assemblages vissés

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