La force de cisaillement est responsable du desserrement des boulons
Un assemblage soumit à une force de cisaillement peut provoquer le desserrement des boulons. Nous parlons ici d’une contrainte qui a tendance à faire glisser (en translation ou en rotation) les pièces à assembler les unes par rapport aux autres.
La recherche menée d’abord par Gerald Junker, suivie par de nombreux chercheurs a montré que lors d’un glissement transversal du joint se produit le glissement simultané de la tête du boulon, ou de la face de l’écrou ce qui libère momentanément la fixation de la friction. Libérée des contraintes de friction, la charge présente dans le boulon lui permet de tourner librement par à-coups. Un mouvement récurrent du joint répète ce processus de desserrage jusqu’à ce que le boulon soit complètement desserré.
Comment se déroule le desserrage progressif du boulon ?
La vitesse à laquelle le boulon peut se desserrer dépend de l’ampleur du mouvement de cisaillement du joint, de la friction de la fixation et de l’épaisseur serrée du boulon. Si vous empêchez les filetages de glisser, par exemple en utilisant un adhésif, ou la tête de tourner, par exemple avec une rondelle de verrouillage en coin, le phénomène de desserrage se produira moins.
Avec une fixation non verrouillée par une rondelle bloquante par exemple, lorsqu’une charge transversale élevée est subie, la friction fournie par les boulons ne suffit pas à résister au mouvement et ainsi, les pièces de l’assemblage vont glisser. Le boulon se pliera légèrement pour résister aux forces. Si la force continue d’augmenter, le mouvement se poursuit. À mesure que les pièces de l’assemblage glissent, la force appliquée au boulon en raison de sa résistance à la flexion augmente. Un point critique est atteint, qui est au-dessus de la capacité de friction de la charge du boulon et à ce point, le glissement du filetage et de la tête est initié. Le desserrage se produit lorsque la tête du boulon, ou l’écrou, glisse sur la surface du joint.
Les éléments de fixation de grande taille résistent mieux au cisaillement
Les boulons de grande longueur de serrage sont intrinsèquement plus résistants au desserrage. Sous de petits mouvements transversaux du joint, le boulon se pliera plutôt que de subir un glissement de la tête ou des surfaces d’appui du filetage. La quantité de mouvement du joint nécessaire pour initier le glissement de la surface d’appui du boulon est appelée la « distance critique de glissement ». Ainsi, un boulon de courte longueur de serrage peut avoir une distance critique de glissement de moins de 0,1 mm, tandis qu’un boulon de grande longueur de serrage peut avoir une distance critique de glissement de 0,5 mm ou plus. Ainsi, si le mouvement du joint est limité dans ce cas à 0,2 mm, le boulon de courte longueur de serrage se desserrera alors que le boulon long ne le fera pas.
Le test Junker : pour tester la résistance d’une fixation au desserrage
Si le desserrage est empêché par l’utilisation d’une méthode de verrouillage de l’écrou (adhésif, rondelles) ou si une grande longueur de serrage est utilisée, le boulon subit des contraintes de flexion dues à la friction de la charge du boulon agissant sur la tête de vis ou l’écrou. Si le mouvement du joint est fréquemment répété, alors une défaillance par fatigue devient probable. Un test standard pour évaluer la résistance au desserrage d’une fixation est un test Junker.
Ce test mesure la charge du boulon alors que l’assemblage est soumis de manière répétée à un mouvement transversal. En général, la fixation est testée pendant environ 1000 cycles et si aucun desserrage significatif ne se produit, elle est considérée comme résistante au desserrage. Si la machine continue de fonctionner, ce que l’on constate généralement, c’est qu’après environ 3000 cycles, la charge du boulon commence à diminuer à mesure qu’une fissure de fatigue se propage à travers le boulon jusqu’à ce qu’il se fracture complètement. Le desserrage des boulons est une conséquence à court terme du mouvement transversal du joint et la fatigue, une conséquence à plus long terme.
Un boulon long subira moins de contraintes de flexion
En raison de sa moindre rigidité en flexion, un boulon long subira moins de contraintes de flexion qu’un boulon court. Par conséquent, dans les applications où le mouvement répété du joint ne peut être empêché, les boulons de grande longueur peuvent offrir certains avantages de conception.
Découvrez également les différentes méthodes de serrage des boulons afin d’éviter un desserrement intempestif.