Les experts: Quelle est la relation entre le couple, la précharge et la friction ?

Une des principales méthodes pour précharger un boulon est de lui appliquer un couple sur la tête. C’est un processus très habituel dans l’industrie, mais ce n’est pas facile à contrôler précisément.

Lorsque la fixation est tournée sur l’hélice du filet, le mouvement rotatif se transforme en mouvement linéaire. Cela provoque une élongation du boulon tandis que les pièces sont compressées. Néanmoins, seule une faible partie du couple d’entrée sert à pré-tensionner le boulon. La majeure partie du couple sert à surmonter la force de résistance par friction qui s’oppose à la rotation de la fixation.

Comment la friction influence le couple et la précharge

La friction est générée entre deux surfaces en contact ; entre la pièce tournée et la pièce serrée (sous la tête du boulon ou sous l’écrou) et dans les filetages.

Cela signifie que la part de couple qui se transforme en précharge est très faible. Les tests de couple ou de traction nous aident à déterminer les coefficients de friction qui ont lieu sur les deux surfaces en contact. La décomposition du couple montre habituellement que seuls 10 % du couple d’entrée est utile. Le reste est dissipé par la friction.

Par exemple, le couple sous la tête représente 50 % du couple d’entrée et le couple de filetage 40 %. Par conséquent, le processus de serrage du couple n’est pas très efficace. Cette part peut être augmentée en appliquant un lubrifiant basse friction. Appliquer un lubrifiant permet de réduire la friction et de réduire le couple nécessaire pour atteindre la même précharge.

La dispersion et ses effets

Les coefficients de friction sont très variables (en général +/-20 %), ce qui entraîne un phénomène de dispersion dans le processus. En outre, même si les outils de serrage sont très précis (+/-1 % pour les clés dynamométriques manuelles par exemple), la déviation sur le couple appliqué peut être de +/-10 à +/-50 %. De nombreux opérateurs sont désorientés lorsqu’ils réalisent l’influence qu’a leur position et la manière dont ils manient l’outil sur le couple appliqué.

Il est communément admis que la dispersion dans la précharge atteinte est de +/- 30%. On en déduit que la précharge maximale peut être deux fois plus élevée que la précharge minimale. La dispersion peut être encore plus élevée sur les boulons rouillés ou les fixations en acier inoxydable qui ont tendance à se gripper.

Heureusement, il est possible de réduire la dispersion en appliquant un lubrifiant (par exemple, une couche de finition ou de cire) ou en utilisant des boulons avec un coefficient de friction spécifique.

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