Rondelles dans les assemblages boulonnés et leur rôle dans la prévention du desserrage
Les assemblages boulonnés sont indispensables dans d'innombrables secteurs industriels, assurant la fixation d'éléments aussi divers que les ponts, les bâtiments, les machines et les appareils électroménagers. Si les boulons eux-mêmes monopolisent l'attention, un composant en apparence simple, la rondelle, joue un rôle crucial pour garantir l'intégrité de l'assemblage et prévenir un problème potentiellement catastrophique : le desserrage des boulons.
Cet article examine les mécanismes par lesquels les rondelles empêchent le desserrage des assemblages boulonnés. Nous explorerons les différentes forces en jeu, examinerons différents types de rondelles et discuterons du moment où leur utilisation est la plus cruciale.
Mécanismes de prévention du desserrage induit par la rondelle
Les rondelles obtiennent leur effet anti-desserrage grâce à une combinaison de trois mécanismes principaux : la force de frottement, la force de serrage et l’énergie de déformation.
1. Mécanisme de force de friction :
Le principe le plus basique consiste à augmenter la friction entre les surfaces en contact : la tête/tige du boulon, l’écrou et les pièces à assembler. Ce frottement supplémentaire résiste au mouvement de rotation qui provoquerait le desserrage du boulon.
Les rondelles élastiques illustrent parfaitement ce mécanisme. Leur forme enroulée caractéristique leur permet une légère déformation élastique lors du serrage. Ceci crée une force de serrage continue qui, combinée à la surface texturée de la rondelle, augmente la résistance au frottement entre les composants assemblés. Ce frottement supplémentaire s'avère particulièrement bénéfique dans les applications soumises à des vibrations ou à des charges dynamiques, car il contribue à empêcher le desserrage accidentel du boulon.
2. Mécanisme de force de serrage :
Les rondelles contribuent également à prévenir le desserrage en améliorant la force de serrage entre le boulon et l'écrou. Ils y parviennent en répartissant la pression exercée par l’écrou serré sur une plus grande surface. Cette répartition réduit la concentration des contraintes sur les pièces connectées, favorisant ainsi une articulation plus sûre.
La technique de serrage à double écrou illustre le mécanisme de force de serrage. Ici, deux écrous sont utilisés. Le premier écrou est serré de manière conventionnelle, suivi du deuxième écrou serré contre le premier. Lorsque ces écrous sont serrés dans des directions opposées, ils créent une forte force de serrage entre eux et la tige du boulon. Cette force agit en plus de la force de serrage inhérente au boulon, augmentant considérablement la résistance au desserrage, en particulier dans des conditions de charge variables.
3. Mécanisme de l'énergie de déformation :
Certaines rondelles, dites rondelles de précontrainte , exploitent le principe de l'énergie de déformation emmagasinée pour éviter leur desserrage. Ces rondelles nécessitent une force de précontrainte spécifique lors de leur installation pour remplir leur fonction. Cette précontrainte induit une déformation plastique calculée de la rondelle.
Lorsque le boulon commence à se desserrer, même légèrement, cette déformation s'inverse. L'énergie de déformation stockée dans la rondelle est libérée, repoussant efficacement le mouvement de desserrage et rétablissant la force de serrage d'origine entre l'écrou et les pièces connectées. Ce mécanisme offre une protection contre le desserrage, en particulier dans les situations où l'articulation subit des forces externes ou des vibrations.
Types de rondelles et leurs effets anti-desserrage
Les rondelles sont disponibles dans différentes formes et tailles, chacune offrant des avantages distincts pour empêcher le desserrage en fonction de l'application spécifique. Explorons certains des types les plus courants :
1. Rondelles plates :
Ce sont les rondelles les plus simples et les plus polyvalentes. Leur fonction principale n'est pas d'empêcher le desserrage, mais plutôt de protéger les surfaces des pièces assemblées des dommages causés par la force de serrage du boulon et de l'écrou. De plus, les rondelles plates contribuent à une meilleure répartition de la pression de serrage, réduisant ainsi les contraintes sur les matériaux assemblés. Bien qu'elles n'augmentent pas directement le frottement, elles contribuent indirectement à un assemblage plus sûr en préservant l'intégrité des surfaces de contact. Les rondelles plates sont généralement utilisées dans les applications à charge statique ou lorsque la protection des surfaces est primordiale.
2. Rondelles élastiques :
Comme mentionné précédemment, les rondelles élastiques utilisent leur forme enroulée et leur élasticité inhérente pour fournir une force de serrage continue et une friction accrue. Ils sont particulièrement efficaces dans les applications où le boulon subit des charges dynamiques ou des vibrations, car l'élasticité de la rondelle élastique aide à compenser la relaxation potentielle des contraintes dans les situations où la longueur de serrage du boulon est relativement courte.
3. Rondelles élastiques ondulées :
Ces rondelles ondulées offrent des performances supérieures en matière d'absorption et d'atténuation des vibrations et des chocs. Leur forme ondulée leur permet de se comprimer et de se dilater, amortissant ainsi efficacement ces forces dynamiques. De plus, le motif ondulé augmente la surface de contact, ce qui améliore la résistance au frottement et empêche le desserrage dû aux vibrations ou aux chocs. Les rondelles ondulées sont idéales pour les applications où les machines ou les équipements sont soumis à des charges dynamiques importantes.
4. Rondelles NORD-LOCK :
Ces rondelles se distinguent par leur conception unique, comportant deux sections dentées imbriquées. Une fois serrées, les dents de chaque rondelle s'imbriquent, créant un effet de coin. Cette action de calage empêche les rondelles de tourner davantage, même en cas de fortes vibrations. Toute tentative de desserrage forcerait les cales à se resserrer davantage, bloquant ainsi l'articulation et empêchant tout mouvement supplémentaire. Les rondelles NORD-LOCK sont particulièrement adaptées aux applications soumises à des vibrations extrêmes ou à des conditions de charge dynamique.
Quand utiliser les rondelles
La décision d’utiliser des rondelles dans un assemblage boulonné dépend de plusieurs facteurs :
- Type de boulon: Le type de boulon lui-même peut influencer le besoin d'une rondelle. Les boulons à contrainte de cisaillement, conçus pour résister aux forces agissant parallèlement à la tige, ou les boulons principalement soumis à des charges axiales (forces de traction le long de l'axe du boulon) peuvent ne pas nécessiter de rondelles. Ces boulons présentent souvent des caractéristiques telles que de grandes surfaces d'appui ou des épaulements qui répartissent la pression et empêchent le desserrage.
- Exigences d'application et de charge : L’application spécifique et le type de charge que le joint subira sont des considérations cruciales. Dans les scénarios de charge statique où la protection de surface est une préoccupation majeure, des rondelles plates peuvent être suffisantes. Cependant, les applications avec des charges dynamiques, des vibrations ou des chocs nécessitent des rondelles capables de gérer ces forces. Les rondelles élastiques, les rondelles ondulées ou les rondelles NORD-LOCK seraient mieux adaptées à de telles situations.
- Effet de fixation souhaité : Le niveau de sécurité souhaité et la criticité de l’articulation jouent également un rôle. Pour les applications non critiques avec une charge minimale, une simple rondelle plate peut suffire. Cependant, pour les joints critiques en matière de sécurité ou les applications avec des charges et des vibrations élevées, des rondelles telles que les rondelles NORD-LOCK ou les rondelles à ressort ondulées seraient recommandées pour garantir l'intégrité du joint.
Voici quelques directives générales pour l’utilisation de la laveuse :
- Écrous ou boulons à bride avec de grandes surfaces d'appui, ils éliminent souvent le besoin de rondelles en raison de leur capacité inhérente à répartir efficacement la pression.
- Rondelles élastiques ou autres rondelles spécialisées sont souvent préférés dans des applications telles que les systèmes de freinage automobile ou les amortisseurs mécaniques où les vibrations et les charges dynamiques sont courantes.
- Dans les candidatures où l'intégrité des articulations est primordiale et le desserrage pourrait avoir des conséquences catastrophiques, l'utilisation de rondelles dotées de mécanismes anti-desserrage puissants comme les rondelles NORD-LOCK est fortement recommandée.
Conclusion
Les rondelles, malgré leur conception apparemment simple, jouent un rôle essentiel pour garantir la fiabilité et la sécurité des assemblages boulonnés. En comprenant les mécanismes par lesquels ils empêchent le desserrage (force de frottement, force de serrage et énergie de déformation) et les différents types disponibles, les ingénieurs et le personnel d'assemblage peuvent prendre des décisions éclairées sur la sélection des rondelles pour des applications spécifiques. Le choix de la bonne rondelle garantit un joint sûr qui peut résister aux charges et aux conditions de fonctionnement prévues, évitant ainsi les défaillances potentielles et favorisant la sécurité et la fiabilité globales du système.
