Z.A 72300 PARCE SUR SARTHE VS0129 REGLES ASSEMBLAGES VISSES Cette fiche technique a pour but de communiquer de façon simple les préconisations d'utilisations d'un assemblage vissé (support réalisé avec l'aide de la NFE25030). 1 - Sollicitations auxquelles sont soumis les assemblages vissés Efforts extérieurs sur l'assemblage Nature de la sollicitation résultante au niveau de l'élément de fixation Traction pure (effort axial centré) Traction + flexion (effort axial excentré) Effort transversal (cisaillement) Traction + flexion + effort transversal (sollicitation composée)
2 - Principe d'un assemblage La résistance d'un assemblage est celle de son élément le plus faible. Sauf cas particulier, cet élément doit être la vis. 3 - Résistance intrinsèque des vis - Résistance à la rupture en traction (Rm). Elle correspond généralement à celle de la section résistante. Toutefois, la limite d'utilisation des vis reste la limite d'élasticité appliquée à la section résistante. - Résistance à la rupture en cisaillement. Elle correspond approximativement à 0.6 Rm appliquée à la section cisaillée. Deux exemples de calcul sont proposés en annexe 1 et 2. 4 - Longueurs filetées Pour obtenir une répartition optimale des contraintes, il est souhaitable de prévoir au minimum 6 pas libres sous la surface de portée de l'écrou. L'extrémité du filetage doit, en général, comporter au moins 2 pas libres. Une longueur nulle est admise en cas de risque d'oxydation (facilité de démontage). 5 - Taraudage pour vis ou goujon La longueur de filets en prise doit être égale au minimum à : - 1 x d dans l'acier et l'inox. - 1.5 x d dans la fonte et les alliages de cuivre. - 2 x d dans l'aluminium et ses alliages. Cependant, en cas de manque de place ou d'insuffisance de résistance du matériau, on peut effectuer un traitement thermique ou thermochimique, pour améliorer la résistance du filetage. On peut aussi utiliser un pas fin afin d'augmenter le nombre de filets en prise.
6 - Association vis / écrou Comme précisé dans l'annexe 1 de la norme NFE 25-400, dans un assemblage serré jusqu'à la rupture, la vis doit généralement céder avant l'écrou. A chaque classe de qualité de vis est associé une classe de qualité d'écrou : Exemple: - 8.8 pour la vis 8 pour l'écrou (acier). - 10.9 pour la vis 10 pour l'écrou (acier). - A2-70 (inox). - A4-80 (inox). Il ne faut pas utiliser une vis avec un écrou de classe de qualité inférieure, par contre il n'y a pas d'inconvénient technique à employer un écrou surabondant par rapport à la vis, exception faite pour les écrous auto-freinés tout métal (risque de déformation du filetage de la vis). 7 - Méthodes de serrage Il existe une grande variété de méthodes de serrage, en fonction des précisions recherchées et des conditions de mise en œuvre. Il faut noter que les précisions sur les tensions initiales des vis ont une influence qui peut être importante sur le choix du diamètre ou de la classe de la qualité des produits. Les méthodes de serrage les plus courantes sont les suivantes : Serrage au couple : C'est la méthode la plus utilisée, mais qui ne met pas à l'abri l'utilisateur d'une dispersion sur la tension du serrage obtenu. A titre d'exemple, le tableau ci-après indique la dispersion du couple de sortie machine en fonction du matériel utilisé. Ces valeurs sont données pour un matériel étalonné, utilisé dans les conditions préconisées par le fabricant, en tenant compte des paramètres d'utilisation tels que : - Variation des caractéristiques de l'énergie (pression d'air comprimé par exemple). - Variation due à l'opérateur. - Mauvais positionnement de la clé (clé à renvoi d'angle). - Vitesse de serrage. On peut obtenir des dispersions supérieures pouvant aller jusqu'à doubler les valeurs indiquées ci-dessous, en prenant en compte des paramètres complémentaires tels que : - Dérive du matériel, - Absence d'étalonnage. - Usure.
Serrage à l'angle : Cette méthode s'effectue en deux temps : - Serrage de l'assemblage avec un couple relativement faible (correspondant à une tension théorique de l'ordre de 40% de la valeur nominale). - Rotation de l'écrou d'un angle déterminé. Les paramètres de serrage sont définis par des essais préalables sur des assemblages réels. Serrage par clé étalonnée en tension : La méthode utilise une clé dynamométrique que l'on étalonne régulièrement en tension, intégrant ainsi la dispersion sur le coefficient µ et sur la clé. Serrage par mise en tension préalable de la vis : Cette méthode s'apparente à la méthode de serrage à l'angle. Un dispositif, généralement hydraulique, permet de mettre la vis en tension axiale, l'écrou est amené au contact sans serrage, puis la pression est relâchée (application particulière). Serrage dit "à la limite élastique" : Cette méthode effectue le contrôle simultané du couple et de la rotation, le rapport de ces 2 grandeurs est constant jusqu'au début de plastification de la vis (le couple est proportionnel à la tension de la vis et la rotation de l'allongement). La détection de la variation de ce rapport indique que la limite élastique de la vis a été atteinte et même dépassée, mais ne préjuge pas de la tension dans l'assemblage. Celle-ci est en effet influencée par les caractéristiques propres de la vis (limite élastique, dispersion des frottements). Cette méthode précise nécessite l'utilisation d'un appareillage particulier. Elle permet de détecter des anomalies de serrage sur des assemblages répétitifs. Les paramètres de serrage doivent alors etre définis par des essais préalables sur des assemblages réels.
Tableau montrant les dispersion du couple en usage industriel Classe de précision du couple de serrage D ± 20% à ± 50% C ± 10% à ± 20% Matériel Manuel portatif Motorisé portatif Motorisé fixe Clés à choc simples Visseuses à crabots Visseuses simples à calage pneumatique Visseuses simples à calage électrique Clés à chocs à énergie emmagasinée (barre de torsion ou autre procédé) Clés à renvoi d'angle à calage Utilisation 50 N.m 50 N.m 10 N.m 10 N.m 10 N.m 20 N.m Clés dynamométriques à déclenchement simple Clés dynamométriques à déclenchement à réarmement automatique Moteurs pneumatiques simples Visseuses hydrauliques 400 N.m Sans limitation - 800 N.m B ± 5% à ± 10% Clé dynamométrique à lecture directe à cadran Clés à renvoi d'angle à déclenchement 2000 N.m 80 N.m Moteurs pneumatiques à contrôle de couple Sans limitation A < ± 5% Clés dynamométriques électroniques Moteur à pulsations Visseuses électriques Moteurs à 2 vitesses Moteur asservis électro. Sans limitation Sans limitation 400 N.m Sans limitation Sans limitations
8 - Tableaux de couples de serrage Lorsque la mise en tension de la vis s'effectue par un serrage au couple, les tableaux qui suivent fournissent les valeurs du couple moyen total Cs (couple de serrage sous tete et couple dans le filetage), couple affiché pour une valeur Fo max correspondant à une contrainte égale à 85% de la limite élastique, et une valeur Fo min fonction de la précision du moyen de serrage utilisé. Ces précisions sont celles indiquées dans le tableau ci-dessus. Chacune de ces valeurs est fournie : - Pour les diamètres M3 à M39. - Pour les classes de qualité 4.6, 5.6, 4.8, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9, 12.9. - Pour les valeurs de coefficient de frottement moyen "µ" 0.10, 0.15 et 0.20, valeurs les plus couramment rencontrées. En première approximation, ces valeurs correspondent aux caractéristiques de revêtements et de lubrifications suivantes: - µ moyen = 0.10 Visserie phosphatée ou zinguée avec lubrification adaptée de bonne qualité. - µ moyen = 0.15 Visserie noire ou zinguée avec un lubrification sommaire (état de livraison). - µ moyen = 0.20 Visserie revêtu ou non, montage à sec. Nota : Les tableaux ci-dessous ne sont utilisables que dans le cas où tous les calculs n'ont pas été réalisés et où l'optimisation n'est pas recherchée, car les valeurs choisies pour µ ne tienne pas compte de la dispersion.
Annexe 1 Calcul de résistance théorique Vis M8 classe 12.9 Pour info : 1 N/mm² = 0.1 kg/mm² = 1 Mpa N = Newton = poids Kg = kilogramme = masse Résistance à la rupture = effort maximal autorisé avant rupture (la pièce s allonge avant rupture, c est le domaine plastique). Limite élastique = effort maximal autorisé pour que la vis reprenne sa longueur initiale. Données : Résistance à la rupture en traction de l acier classe 12.9 : Rm = 1200 N/mm² Limite élastique de l acier classe 12.9 : Re = 1080 N/mm² Section du noyau d une vis M8: s = 36.6 mm² (voir annexe 3) Calcul : La charge maximale de rupture en traction : 36.6 x 1200 = 43920 N soit 4392 kg Limite élastique mini de la vis : Re = 36.6 x 1080 = 39528 N soit 3952 kg Important : l utilisation de la vis doit se situer à une valeur maxi appelée Charge d épreuve égale à 90% de la limite élastique. La charge d épreuve : 39528 x 0.9 = 35575 N soit 3557 kg Résistance au cisaillement : Une vis ne doit pas avoir de contrainte de cisaillement dans un assemblage, la valeur de celle-ci est d environ 60% de la valeur de la résistance à la traction ; une goupille doit être installée en cas de contrainte de cisaillement. Résistance au cisaillement : Rc = 35575 x 60% = 21345 N soit 2134 kg Ce ne sont que des valeurs théoriques, une vis ne travail jamais strictement à la traction ou au cisaillement. Visserie-Service ne peut pas engager sa responsabilité sur le calcul de la résistance de ses fournitures.
Annexe 2 Calcul résistance théorique Vis M6 classe 8.8 Pour info : 1 N/mm² = 0.1 kg/mm² = 1 Mpa N = Newton = poids Kg = kilogramme = masse Résistance à la rupture = effort maximal autorisé avant rupture (la pièce s allonge avant rupture, c est le domaine plastique). Limite élastique = effort maximal autorisé pour que la vis reprenne sa longueur initiale. Données : Résistance à la rupture en traction de l acier classe 8.8 : Rm = 800 N/mm² Limite élastique de l acier classe 8.8 : Re = 640 N/mm² Section du noyau d une vis M6: s = 20.1 mm² (voir annexe 3) Calcul : La charge maximale de rupture en traction : 20.1 x 800 = 16080 N soit 1608 kg Limite élastique mini de la vis : Re = 20.1 x 640 = 12864 N soit 1286 kg Important : l utilisation de la vis doit se situer à une valeur maxi appelée Charge d épreuve égale à 90% de la limite élastique. La charge d épreuve : 12864 x 0.9 = 11577 N soit 1157 kg Résistance au cisaillement : Une vis ne doit pas avoir de contrainte de cisaillement dans un assemblage, la valeur de celle-ci est d environ 60% de la valeur de la résistance à la traction ; une goupille doit être installée en cas de contrainte de cisaillement. Résistance au cisaillement : Rc = 11577 x 60% = 6946 N soit 694 kg Ce ne sont que des valeurs théoriques, une vis ne travail jamais strictement à la traction ou au cisaillement. Visserie-Service ne peut pas engager sa responsabilité sur le calcul de la résistance de ses fournitures.
Annexe 3 Dimensions filetages pas gros Diamètre nominal d = D (mm) Pas P (mm) Section résistante (mm²) 1 0.25 0.460 (1.1) 0.25 0.588 1.2 0.25 0.732 1.4 0.3 0.983 1.6 0.35 1.27 1.8 0.35 1.70 2 0.4 2.07 2.2 0.45 2.48 2.5 0.45 3.39 3 0.5 5.03 3.5 0.6 6.78 4 0.7 8.78 (4.5) 0.75 11.3 5 0.8 14.2 6 1 20.1 (7) 1 28.9 8 1.25 36.6 10 1.5 58 12 1.75 84.3 14 2 115 16 2 157 18 2.5 192 20 2.5 245 22 2.5 303 24 3 353 27 3 459 30 3.5 561 33 3.5 694 36 4 817 39 4 976