Assemblages - Filetages et écrous

Filetages et écrous.

Une des propriétés de l'hélice s’étend aux surfaces hélicoïdales et trouve son application dans la confection des vis et des écrous qui réalisent un assemblage démontable universellement employé.

Filetages :

Les sillons hélicoïdaux, déterminés dans un cylindre qui tourne, par un outil qui se déplace en translation parallèlement à l'axe du cylindre, laissent entre eux des saillies (ou filets). L'opération effectuée est un filetage. Si le cylindre est une tige, on obtient une vis. Si le cylindre est matérialisé par un trou, celui-ci est dit tarauder et prend le nom d’écrou. Avec des filets identiques, vis et écrou peuvent glisser en tournant l'un sur l'autre et constituer une liaison démontable robuste.

Suivant la forme de l'outil employé, le filet peut être :

• Triangulaire: Exécution facile; arrête fragile; emploi courant ;
  
• Carré: Exécution délicate; profil solide; employé pour les vis de transformation de mouvement supportant de fortes charges ;
• Trapézoïdal: Exécution plus simple que celle du filet carré, car l’outil, étant en dépouille, ne talonne pas. Très résistant ;
• Rond: Exécution délicate; peu employé.

Écrous :

Définitions :

D'une façon générale, on appelle (écrou), une pièce qui comporte un taraudage. L'écrou, en tournant se visse sur une tige filetée. Quelquefois, lorsque celle-ci se monte dans un trou taraudé, sur une grosse pièce, c'est l'inverse qui se produit. La pièce massive forme alors écrou sans en prendre directement le nom.

Pour tourner, les écrous doivent présenter extérieurement des formes qui permettent de les entraîner en rotation soit avec une clé, soit à la main. En normalisant ces formes, le C.N.M. s'est préoccupé d'étudier des séries de clés à ouverture fixe comportant le moins possible d'éléments.

La caractéristique principale d'un écrou est le diamètre nominal de son taraudage. La largeur sur plats des écrous, ou ouverture de la clé, est fixée par la norme NF E 27-411.

On peut la retrouver approximativement par la formule :

• 
  Écrou hexagonal (NF E 27-411, diamètres de 1,6 à 80).
  C'est un prisme hexagonal de largeur sur plats a, de hauteur :
  
  h = au diamètre d ® écrou haut. Symbole Hh.
  h = 0,8 d ® écrou usuel. Symbole H.
  h = 1/2 d ® écrou très bas. Symbole Hm.
  

Pour supprimer les angles vifs dans les bavures risque de blesser les doigts, les arêtes des deux bases du prisme sont chanfreinées suivant un cône d’angle au sommet 120°, s'appuyant sur la circonférence inscrite dans l'hexagone et dont le diamètre est α.

Dans l'étude des sections coniques planes, on démontre que l'intersection d'un cône par un plan parallèle à l'axe, est une courbe appelée hyperbole. Les six faces de l'écrou sectionnent donc le suivant des hyperboles. En vue de face, elles apparaissent en vraie grandeur sur la face de devant et déformées sur les deux faces latérales. Pratiquement, pour simplifier les tracés, on remplace ces arcs d’hyperboles, par des arcs de cercles qui leur sont très voisins et dont les rayons les plus commodes sont indiqués.

• Écrou carré (NF E 27-412, diamètres de 1,8 à 80).
  C'est un prisme à base carrée de hauteur h = 0,8 d, de largeur :
  
  a = 1,4 d + α, écrou à métaux. Symbole Q.
  a = 1,8 d à 2 d, écrou à bois. Symbole QL.
  

Ces écrous sont chanfreinés sur une seule base.

• Écrou cylindrique (NF E 27-413, symbole C, diamètres de 2 à 36).

C'est un cylindre de diamètre a = 1,4 d + α environ, de hauteur d,  ayant une base entaillée sur une largeur et une hauteur égales à 2 pas, ce qui permet de le manœuvrer

• Écrou à embase (NF E 27-452, pas de symbole, diamètres de 6 à 80).

C'est un cylindre de diamètre a = 1,4 d + α, environ de hauteur d, ayant une base entaillée sur est remplacée par une embase cylindrique qui augmente la surface d'appui de l'écran.

• Écrou à créneaux (NF E 27-414, diamètres de 6 à 80).

Écrou hexagonal haut, portant à sa partie supérieure trois rainures débouchant sur ses six faces, et qui servent de logements à une goupille, soit conique soit fondue, dont le rôle est d'immobiliser l'écrou sur sa tige filetée. Deux séries sont normalisées :

L’écrou  à créneaux normal; symbole HK; NF E 27-414 ;
hauteur = d.

L’écrou à créneaux haut; symbole NF E 27-451; hauteur = 1,5 d.

• Écrou borgne (NF E 27-453, pas de symbole, diamètres de 10 à 80).

Écrou hexagonal, obturé d'un côté par une calotte sphérique qui protège l'extrémité de la vis contre les chocs et les atmosphères acides et assure en même temps l'étanchéité du filetage.

• Écrou à oreilles (NF E 27-454, symbole O, diamètres de 3 à 18).

Tronc de cône renforcé par deux oreilles qui permettent de le serrer à la main. Il est fabriqué par matriçage, ou moulé en fonte malléable et reste généralement brut extérieurement.

• Écrous spéciaux : 

De nombreux écrous divers, normalisés ou non, sont encore utilisés. Des raisons d'encombrement, d'accès, d'usinage, imposent leurs formes extérieures. Dans tous les cas, le but à rechercher est d'obtenir un serrage rapide, pratique et énergique. 

Les uns nécessitent l'emploi d'une clé spéciale (à ergot, à griffe, etc.); les autres, objets de manœuvres fréquentes, doivent être serrables à la main (contour moleté, écrou à une ou deux manettes).introduction pour les vis et les écrous.

Freinage des écrous :

Lorsqu'un écrou est serré fortement sur une pièce, il prend appui également sur la tige filetée qui subit alors un effort de traction. On a un contact très grand entre les filets de la vis et de l'écrou et entre l’écrou et la pièce. Le frottement qui en résulte rend théoriquement le desserrage impossible. Pratiquement, les vibrations, les trépidations, les chocs inévitables sur les organes en mouvement, suppriment par instants ce contact, et rendent le desserrage possible. Pour éviter des accidents graves, des dispositifs très nombreux, appelés (freins d'écrous), on été mis en service.
On peut les classer en deux catégories :

• Les freins relatifs (desserrage limité) ;
• Les freins absolus (desserrage impossible).

Freinage relatif :  

On peut agir de plusieurs façons :

• En améliorant le contact entre la pièce et l’écrou : 

1. Lamage ou dressage de la surface qui reçoit l’écrou, à l'aide d'une lame, de manière qu'elle soit bien perpendiculaire à l'axe du trou ;
   
   
2. Emploi de rondelles ordinaires qui répartissent la pression de l'écrou et protègent la surface de contact. Elles se font en acier doux, brutes de poinçonnage ou tournées et usinées. Quelques-unes sont normalisées. Les autres, de formes spéciales, répondent à des cas particuliers.
   
   

• En conservant le contact entre les filets de la vis et de l'écrou. L’effort normal de contact est accompagné d'un effort supplémentaire, dû à l'élasticité d'une rondelle spéciale comprimée. Si l’effort normale du contact disparaît accidentellement lors d'un choc, l’effort supplémentaire subsiste pendant le court instant que dure le choc, et maintient le contact. On peut employer :

1. La rondelle Grower : Fil d'acier trempé à section rectangulaire qui est enroulé à gauche pour un filetage à droite et vice versa. Les extrémités, parfois relevées et acérées, s'enfoncent légèrement dans l'écrou et la pièce à serrer, créant ainsi un obstacle supplémentaire au desserrage. Deux séries sont normalisées :

Ø  La série réduite, symbole WZ, NF E 27-613.Ø  La série normale, symbole W, NF  E 27-612 ;

2. La rondelle Belleville: Disque cintré en forme de cuvette, dont l'élasticité varie avec l'épaisseur et le diamètre. Non encore normalisés, elles sont surtout employées, emboîtées les unes dans les autres, ou opposées par groupe de deux.

3.  Le contre-écrou: Écrou bas ou très bas, qui vient se bloquer sur l'écrou normal. Le bon fonctionnement du système demande à ce que l'écrou soit moyennement serré et le contre-écrou fortement bloqué. En effet, l'écrou est alors soumis à l'action du contre-écrou et la réaction de la pièce.  L'action du contre-écrou étant plus grand que la réaction de la pièce et de sens opposés, la résultante de ces deux efforts tend à appliquer l'écrou sur la pièce et à empêcher son desserrage.

D'autre part, lors des vibrations, le contre-écrou, moins haut que l'écrou, donc plus léger, sera projeté moins violemment vers le haut et se desserrera plus lentement. Il freinera la montée de l'écrou et le serrage entre écrou et contre-écrou ira s'accentuant.

Enfin, un fort serrage du contre-écrou produit un fort contact entre les filets de la vis et ceux des écrous, et que le frottement qui en résulte suffit, même si le contact pièce-écrou vient à disparaître accidentellement lors d'une vibration, à empêcher le desserrage de l'écrou.

• En augmentant le frottement entre la vis et l'écrou :

1. Eviter de graisser les filets ; 
2. Emploi de pas fins: L’accroissement du nombre de filets augmente la surface de contact ;
3. Écrous fendus: Le rapprochement des lèvres de la fente supprime les jeux entre filets ;
4. Contre-écrou Minne: Conique extérieurement, ses derniers filets sont écrasés au serrage et constituent une résistance supplémentaire au desserrage ;
5. Vis à pression sur le filet: Par pastille de cuivre interposée. 

Freinage absolu : 

Il consiste à immobiliser l'écrou sur la vis par un dispositif arrêtant absolument tout déplacement de l'écran. Ces systèmes doivent éviter de trop entailler la tige filetée, permettre le démontage de l'écrou et le rattrapage du jeu axial. On emploie :

• Les clavettes à faible pente traversant la tige filetée ;

• Les goupilles qui traversent également la tige filetée.
  La goupille fendue NF E 27-484, symbole V, pour les diamètres de 6 à 80.
  Elle est formée par un fil demi-cylindrique en acier doux, replié sur lui-même.
  
  Elle a été normalisée en cinq séries, dont une courte pour les tiges seules, une longue pour les écrous à créneau. Elle est logée avec jeu et ses branches se rabattent sur l’écrou ou la tige. L’écrou à créneaux peut tourner par 1/6 de tour et permettre le rattrapage du jeu axial par bonds de P/6 mm. La goupille conique NF E 27-481. Symbole I.
  Elle se fait en acier doux. Elle se loge à force au marteau; sa faible conicité: 2%, la maintient en position. Qu’elle traverse l'écrou ou la tige filetée, elle a l'inconvénient de ne pas assurer le rattrapage du jeu. Cinq séries de longueurs dont une moyenne,  l = 10k.
  
  

• Les plaquettes arrêtoirs (NF E 27-614). Les formes diverses, elles prennent appui sur la pièce et se rabattent sur l’écrou. Elles n’entaillent pas les pièces et permettent le rattrapage du jeu par 1/6 de tour. Elles consistent un des freins les plus simples et les plus pratiques, et se font en acier doux, cuivre et laiton.

D'autres dispositifs, broches d'arrêt, clés d'arrêt, vis d'arrêt, sont employés plus rarement et dans des cas spéciaux.