Pourquoi les boulons deviennent-ils plus serrés à mesure que vous les serrez ?

En génie mécanique, la défaillance des boulons est un problème courant et ses causes sont généralement analysées sous quatre aspects principaux : la qualité du boulon, le couple de précharge, la résistance du boulon et la résistance à la fatigue du boulon. Cependant, dans la plupart des cas, la rupture des boulons n'est pas causée par une résistance ou une capacité de fatigue insuffisante, mais plutôt par un desserrage, ce qui entraîne des dommages.

1. La rupture des boulons n’est pas due à la résistance à la traction

En prenant comme exemple un boulon M20×80 de qualité 8,8 à haute résistance, il ne pèse que 0,2 kilogramme, mais sa charge de traction minimale est de 20 tonnes, soit 100 000 fois son propre poids. En pratique, ce boulon est généralement utilisé pour fixer des composants qui ne pèsent qu'environ 20 kilogrammes, en utilisant seulement une fraction (environ 0,001 %) de sa capacité de traction. Par conséquent, la résistance à la traction du boulon est plus que suffisante et la défaillance n'est pas causée par la résistance du boulon.

2. La défaillance des boulons n’est pas due à la résistance à la fatigue

Lors des tests de vibrations latérales, les fixations filetées peuvent se desserrer après moins de 100 cycles. Cependant, lors des essais de fatigue, ils doivent supporter des millions de cycles. En d’autres termes, la fixation se desserre après avoir subi seulement une infime fraction (1/10 000) de sa résistance à la fatigue. Ainsi, le desserrage du boulon n’est pas dû à une résistance à la fatigue insuffisante.

3. La véritable cause de la défaillance des boulons : le desserrage

Lorsqu'un boulon se desserre, il génère une énergie cinétique importante (mv²), qui impacte directement la fixation et ses composants connectés, provoquant des dommages. Une fois la fixation défaillante, l’équipement ne peut plus fonctionner correctement, ce qui entraîne des dommages supplémentaires. Si la fixation est soumise à une force axiale, les filetages peuvent être endommagés, provoquant la rupture du boulon. Lorsqu'il est soumis à des forces radiales, le boulon peut se cisailler et le trou du boulon peut se déformer en une forme ovale.

4. La clé pour résoudre le problème : des mesures anti-relâchement efficaces

Par exemple, dans le marteau hydraulique GT80, les boulons de la plaque latérale sont des boulons M42 de qualité 10,9 avec une résistance à la traction de 110 tonnes chacun, et la précharge est réglée à 50 % de la résistance à la traction (environ 300 à 400 tonnes). Malgré cela, les boulons échouent toujours. La solution ne consiste pas simplement à augmenter le diamètre ou la résistance des boulons, mais plutôt à améliorer les mesures anti-desserrage. La cause première de la défaillance d’un boulon n’est pas la résistance du boulon mais l’incapacité à empêcher son desserrage. En résumé, les boulons sont : 'S'ils ne se desserrent pas, ils ne se briseront pas ; mais une fois desserrés, ils se briseront.'

Analyse des causes du desserrage des boulons

Le desserrage des boulons est généralement dû à une réduction ou une perte de la force de frottement entre les filetages. Sous charge statique, la friction entre la paire filetée garantit que le boulon reste serré. Cependant, dans des conditions dynamiques telles que des chocs, des vibrations, des charges variables ou des changements de température importants, la force de frottement peut diminuer, voire disparaître, provoquant le desserrage du boulon.

Méthodes courantes anti-desserrage

Il existe trois méthodes principales pour empêcher le desserrage des boulons : les méthodes anti-desserrage basées sur la friction, mécaniques et permanentes.

1. Méthodes anti-desserrage basées sur la friction

1. Rondelle Ressort Anti-Desserrage: Une rondelle élastique génère une force de ressort continue après avoir été comprimée, maintenant la friction entre l'écrou et le filetage du boulon, ce qui empêche l'écrou de se desserrer.

2. Contre-écrou (double écrou) anti-desserrage: Deux écrous sont utilisés pour augmenter la friction et empêcher le desserrage.

3. Écrou autobloquant anti-desserrage: L'écrou est conçu avec une ouverture non circulaire ou fendue. Une fois serrée, l'ouverture se dilate et applique une force supplémentaire pour comprimer les fils.

4. Écrou à bague élastique anti-desserrage: Un anneau élastique à l'intérieur de l'écrou assure une friction supplémentaire pour éviter le desserrage.

2. Méthodes mécaniques anti-desserrage

1. Écrou fendu et goupille fendue anti-desserrage: Un écrou à fente ou une goupille fendue est utilisé pour empêcher le desserrage.

2. Rondelles de blocage: Après avoir serré l'écrou, une rondelle de blocage à une ou deux oreilles est pliée contre l'écrou et la pièce connectée pour éviter le desserrage.

3. Fil de verrouillage anti-desserrage: Un fil d'acier à faible teneur en carbone est inséré dans les trous des têtes de boulons et relié entre eux pour empêcher le desserrage par verrouillage mécanique.

3. Méthodes anti-desserrage permanentes

1. Soudage par points: L'écrou ou le boulon est soudé par points pour éviter le desserrage.

2. Rivetage: Les rivets sont utilisés pour fixer définitivement le boulon et les pièces connectées.

3. Adhésif Anti-Desserrage: Un adhésif anti-desserrage est appliqué sur les filetages des boulons, ce qui durcit et empêche le desserrage une fois l'écrou serré.

Résumé

Le desserrage des boulons et la défaillance qui en résulte sont des problèmes courants dans les systèmes mécaniques, généralement causés par des forces dynamiques et non par la résistance à la traction ou à la fatigue du boulon. La clé pour prévenir la défaillance des boulons réside dans l’utilisation de méthodes anti-desserrage efficaces telles que des solutions basées sur la friction, mécaniques ou permanentes. Des mesures anti-desserrage appropriées peuvent améliorer considérablement la stabilité de l'équipement et éviter les pannes causées par le desserrage des boulons et les dommages ultérieurs.