question générale sur les couples de serrage

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13 Janvier 2018
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- question générale sur les couples de serrage
#1
Bonjour à tous,
j'ai constaté que si je serre une vis de roue de voiture à la clé dynamométrique et si je desserre tout de suite le couple nécessaire pour le desserrage est nettement inférieur.
Comment se fait il ? Ma clé dynamométrique serait elle fausse ou le phénomène est il bien réel ?

Je n'ai rien trouvé de satisfaisant sur internet. Certains indiquent que c'est impossible à expliquer, d'autres que le couple de desserrage est toujours supérieur (vrai si grippage ou serrage au frein filet !).
En y réfléchissant j'ai une théorie : quand on serre on rencontre un couple résistant qui a 2 causes :
- le frottement du filetage dans le taraudage et du dessous de la tête de vis sur la pièce à fixer. Ce frottement est une fonction croissante du couple de serrage.
- la réaction de dévissage qui est due à la force axiale de serrage et à la pente de filet. La force axiale se décompose sur le filet avec une composante tangentielle qui induit le couple de dévissage. La vis reste serrée si le frottement est supérieur à la réaction, sinon elle se dévisserait toute seule.
Ainsi, quand on serre on agit contre le frottement + la réaction de pente de filet, alors que quand on desserre on agit contre le frottement - la réaction de pente de filet : cqfd.
Plus la pente de filet est faible, plus la réaction est faible donc pour un couple de serrage donné meilleure doit être la tenue.

Voilà, j'ai imaginé ça tout seul donc je ne suis pas sûr, est-ce qu'un théoricien confirmé peut me dire si j'ai bon svp ?

Maintenant j'ai une autre question : pour faire un serrage au couple, faut il lubrifier ou au contraire tout nettoyer ? Je trouve des informations contradictoires. Je pense que si on lubrifie on s'affranchit des frottements donc le modèle paraît plus simple et précis, à l'opposé si les métaux sont parfaitement propres on a peut-être un coefficient de frottement assez prédictible, le pire étant avec de la cochonnerie à l'effet aléatoire.
Il me semble bien que si on lubrifie, pour un même couple de serrage on obtient une force d'appui beaucoup plus élevée, de quoi foirer des filets ou écraser un joint de culasse si le couple spécifié n'est pas prévu pour ces conditions.
 

FB29

Compagnon
1 Novembre 2013
6 627
Brest 29200
- question générale sur les couples de serrage
#4
Bonjopur,

Je ne suis ni théoricien ni sûr de rien, mais je pense comme toi :roll: ...

si on lubrifie, pour un même couple de serrage on obtient une force d'appui beaucoup plus élevée
Les couples de serrage sont définis en fonction des cas d'emploi pratiques, ils prennent en compte les coefficients de frottement qui sont différents selon les applications.
Pour des boulons de culasse les couple sont définis pour des vis lubrifiée, et pour les roues ils sont définis pour un montage sec comme indiqué dans les messages précédents.

Cordialement,
FB29
 
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20 Février 2016
969
A côté d'Orléans
- question générale sur les couples de serrage
#7
Bonjour à tous,
.........
En y réfléchissant j'ai une théorie : quand on serre on rencontre un couple résistant qui a 2 causes :
- le frottement du filetage dans le taraudage et du dessous de la tête de vis sur la pièce à fixer. Ce frottement est une fonction croissante du couple de serrage.
- la réaction de dévissage qui est due à la force axiale de serrage et à la pente de filet. La force axiale se décompose sur le filet avec une composante tangentielle qui induit le couple de dévissage. La vis reste serrée si le frottement est supérieur à la réaction, sinon elle se dévisserait toute seule.
Ainsi, quand on serre on agit contre le frottement + la réaction de pente de filet, alors que quand on desserre on agit contre le frottement - la réaction de pente de filet : cqfd.
Plus la pente de filet est faible, plus la réaction est faible donc pour un couple de serrage donné meilleure doit être la tenue.

Voilà, j'ai imaginé ça tout seul donc je ne suis pas sûr, est-ce qu'un théoricien confirmé peut me dire si j'ai bon svp ?.
Bonjour,

Je ne prétends pas être le théoricien attendu. Mais c'est cela, le raisonnement est juste, et il s'agit de calculs relativement simples à la base.

Maintenant j'ai une autre question : pour faire un serrage au couple, faut il lubrifier ou au contraire tout nettoyer ? Je trouve des informations contradictoires. Je pense que si on lubrifie on s'affranchit des frottements donc le modèle paraît plus simple et précis, à l'opposé si les métaux sont parfaitement propres on a peut-être un coefficient de frottement assez prédictible, le pire étant avec de la cochonnerie à l'effet aléatoire.
Il me semble bien que si on lubrifie, pour un même couple de serrage on obtient une force d'appui beaucoup plus élevée, de quoi foirer des filets ou écraser un joint de culasse si le couple spécifié n'est pas prévu pour ces conditions.
C'est là toute la question. Pour les calculs évoqués ci-dessus, les coefficients de frottement dans les filets et sous tête sont du premier ordre. Les résultats pour une tension souhaitée sur la vis sont inversement proportionnels à ces coefficients de frottement, et proportionnels au couple appliqué.

Une méthode courante et assez répandue pour les "serrages nobles" par exemple sur les moteurs : Joint de culasse, paliers de vilebrequin, bielle est le serrage "couple + angle".

On définit (expérimentalement ou par calculs) un couple de précharge, le plus faible possible mais permettant de garantir un accostage "en dur" global sur l'assemblage. Puis on tourne de X dizaines de degrés, pour imposer l'allongement de la vis et donc sa tension de serrage. La validation de ces valeurs est en général associée à une mesure d'allongement de la vis, en réel, par exemple par Traxx (ultrasons).

Bien cordialement, en espérant avoir été clair.

Edit, je rajoute une couche de "théorie" inaccessible à l'amateur, c'est une mesure de tension via des rondelles équipées de capteurs piézo-électriques.

Après, nous faisons tous avec "les moyens du bord". Donc suivre les méthodes recommandées dans les manuels, vis sèches ou lubrifiées, etc... Avec une clé dynamométrique ce n'est pas si mal, mais pas plus. :wink:
 
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27 Janvier 2016
1 545
- question générale sur les couples de serrage
#8
Bonjour a tous.

Quand je n'ai pas de couple donné par un constructeur, ou que j'ai la flemme de chercher, y aller a l’instinct, quand on a un peu l'habitude , on arrive a être bon, et on peu chercher sur des fiches de différent moteurs pour ce donner une idée , par rapport au diamètre des vis , du pas, ext, au moins pour les vieilles mécanique, mais en général ou l'on trouve tout seul , ou bien on va sur un forum et il y a toujours quelqu'un qui connait, ceci dit ce n'était pas la question.
Je n'ai jamais regardé la différence de couple, entre serrage et dé serrage,mais j'ai toujours pensé que pour savoir a quel couple étaient serré par exemple des vis pour une culasse , c'était le même couple que pour le déserrage ,et c'est merblek a l'instant , qui me fait voir que j'étais dans le faut, maintenant je trouve ça complètement logique , mais pour l'expliquer de façon scientifique je ne suis pas assez compétent , en gros si on enfonce un coin en fer dans la fente d'un morceau de bois , plus on va l'enfoncer , plus il faudra de la force, par contre pour le retirer , c'est plus facile.
Mon raisonnement est t'il exact, ou bien je me plante?:) ou bien une fois de plus je me suis expliqué comme un gland?:sad:

Marcus
 
13 Janvier 2018
0
- question générale sur les couples de serrage
#9
Merci à tous pour vos participations, ça m'aide beaucoup :-D.

Marcus, votre analogie avec un coin m'apparaît excellente car c'est le même phénomène en plus simple (mouvement en translation). Il y a les suppositoires aussi !:lol:. L'explication est assez simple, par la décomposition vectorielle des forces (j'ai dû apprendre ça en classe de 3è). Le bois exerce sur chacune des 2 faces inclinées du coin une force perpendiculaire. Ces 2 forces peuvent être décomposées en 2 composantes transversales opposées qui s'annulent et 2 longitudinales qui s'ajoutent pour chasser le coin. Sans les frottements le coin ressortirait comme il est rentré.

Je n'ai toujours pas bien saisi l'histoire de la précharge : il m'apparaît qu'il est toujours souhaitable d'approcher d'abord toutes les vis en laissant un poil de jeu, bouger la pièce pour qu'elle trouve bien sa place (particulièrement important si la pièce est mal percée pour répartir les contraintes latérales), ensuite serrer progressivement toutes les vis en même temps pour ne pas déformer la pièce. Pour une culasse par exemple on préconise de serrer suivant un ordre (en X ou en spirale) en 1 ou 2 passes : j'imagine que c'est pour une raison d'efficacité car l'idéal serait de serrer petit à petit en 10 ou 20 passes mais ça prendrait 1 heure. Mais pourquoi précharge ? N'est-ce pas simplement l'équivalent de la 1ère passe d'un serrage culasse en 2 passes ?
 
27 Janvier 2016
1 545
- question générale sur les couples de serrage
#10
Pré charge?
Moi pour une culasse , je met mes vis ,bien nettoyées a la brosse , les trou dans le bloc, nettoyés et soufflé, je ne huile pas les vis, car j'ai toujours entendu dire qu'il ne fallait pas le faire, j'en ai pris l'habitude mais a mon avis c'est du cinéma , une petite goutte de 3 en 1 ne peu pas faire de mal (sauf sur des roues) .
Ensuite je sert en plusieurs passe , pour un serrage 8 dn ? je fais 2 dn , 4 dn, 6 dn , et 8 , ça prend 5 minutes de plus , mais je trouve ça mieux (et si j'aime utiliser la clès dynamo, ça me regarde , mer......:smt076.
Je pense que pour les culasses fonte, ce n'est pas important, mais faire 2 passes , moi je préfère.
Mais maintenant je suis conscient que ça pourrait faire rigoler certain pro, car je ne suis pas motoriste non plus:wink:

Marcus
 

FB29

Compagnon
1 Novembre 2013
6 627
Brest 29200
- question générale sur les couples de serrage
#11
Bonjour,

Je n'ai toujours pas bien saisi l'histoire de la précharge : il m'apparaît qu'il est toujours souhaitable d'approcher d'abord toutes les vis en laissant un poil de jeu, bouger la pièce pour qu'elle trouve bien sa place (particulièrement important si la pièce est mal percée pour répartir les contraintes latérales)
Ça tu peux le faire dans tous les cas pour bien asseoir la culasse ... ensuite la méthode à employer diffère selon le constructeur ... il faut suivre ses recommandations.

Méthode 1: méthode de serrage au couple traditionnelle, comme tu l'indiques
ensuite serrer progressivement toutes les vis en même temps pour ne pas déformer la pièce. Pour une culasse par exemple on préconise de serrer suivant un ordre (en X ou en spirale) en 1 ou 2 passes
Méthode 2: méthodes de serrage angulaire

Il y a une autre méthode préconisée par certains constructeurs ainsi qu'expliqué par philippe2:
un couple de précharge, le plus faible possible mais permettant de garantir un accostage "en dur" global sur l'assemblage. Puis on tourne de X dizaines de degrés, pour imposer l'allongement de la vis et donc sa tension de serrage
Donc pour une vis donné il y a deux phases distinctes: une précharge au couple comme précédemment, qui permet d'accoster les surface en dur, c'est à dire serré légèrement dur sans plus aucun jeu ... à partir de ce point là l'effort de serrage augmente considérablement ... mais au lieu de continuer à serrer au couple comme dans la première méthode, on fait alors tourner la vis d'un certain angle sans plus se soucier du couple.

Il faut suivre scrupuleusement la méthode préconisée par le constructeur ... cela ne s'improvise pas pour un moteur moderne ... c'est même parfois assez épique ...

Par exemple dans cette procédure Renault pour différents moteurs (lien) ... On voit qu'il y a une procédure bien précise pour chaque moteur ... toutes différentes en ce qui concerne le couple de précharge (2 ou 2,5 daN.m) et l'angle 240° ou 255° ... ou encore serrer à 100°, desserrer 2 vis bien précises, puis resserrer les vis à 213° :shock: ...

Je cite ce dernier cas pour l'exemple:
  • Serrer dans l'ordre et au couple les vis de fixation de la culasse (3 daN.m).
  • Serrer dans l'ordre et à l'angle les vis de fixation de la culasse (100"+/-4").
  • Attendre trois minutes (temps de stabilisation).
  • Desserrer les vis (1) et (2) de fixation de la culasse jusqu'à les libérer totalement.
  • Serrer dans l'ordre, au couple, et à l'angle, les vis de fixation de la culasse (2,5 daN.m + 213" +/- 7")(1) et (2).
  • Répéter l'opération de desserrage et de resserrage pour les vis (3) et (4), (5) et (6), (7) et (8), (9) et (10).

Si ça a pu clarifier ?

Cordialement,
FB29
 
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14 Novembre 2010
101
Metz
- question générale sur les couples de serrage
#13
Le serrage de culasse est particulier parce qu'il y a le joint entre le bloc et le moteur.
Suivant la nature du joint, son épaisseur, le diamètre des vis et aussi le pas, il y a des préconisations différentes pour chaque cas..
Le but est d'éviter un resserrage après une période de fonctionnement en température du moteur comme ça se pratiquait autrefois.
 
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20 Février 2016
969
A côté d'Orléans
- question générale sur les couples de serrage
#14
J'ai vu dans les années 80, une troisième méthode, pour les trés gros tirants (genre 30mm de diam ): écrou en place, un dispositif de traction hydraulique sur la tige qui dépasse de l'écrou à un allongement déterminé, accostage de l'écrou et relache de la tige. Evidemment, faut avoir la place.
Bonjour,

Celle là je n'ai osé la citer, elle est propre techniquement, mais nos petites mécaniques ne le permettent pas. Les gros moteurs marine Sulzer par exemple si. En résumé, on tire sur l'élastique (la vis) pour avoir la tension, on met en butée et on lâche.

Bien cordialement.

PS : oui, un système vis écrou n'est qu'un système de "coin" enroulé. Et re re oui pour le serrage à l'angle. Après sur de la mécanique standard ancienne, le feeling est acceptable.

Re Edit :
- Méthode 1 : serrage au pif. Avec un peu de sensibilité renforcée par l'habitude on arrive à sentir sans rien détruire, les réactions de l'ensemble serré, et ce qu'il faut appliquer sans rien foirer ni que ça se desserre.
- Méthode 2 : serrage au couple. C'est parfois mieux et paraît plus technique, mais le résultat en tension de serrage est mathématiquement lié aux coefficients de frottement, dont les valeurs sont variables.
- Méthode 3 : serrage au couple plus angle. Moins pire que la 2, dans la mesure ou le couple est faible, et l'angle grand.
- Méthode 4 : décrite par @rabotnuc. Mise sous tension des vis ou goujons par un dispositif de traction externe permettant de contrôler la force, puis accostage de l'écrou ou de la tête de vis sous couple faible. C'est du lourd, gros moteurs "marine" par exemple.
- Méthode 5 : pas encore évoquée mais il s'agit de serrage dans le domaine plastique. C'est archi courant dans les moteurs automobiles modernes. L'idée étant que moyennant des traitements thermiques et caractéristiques matériaux bien connus, la vis ou le goujon va subir une déformation en élongation. Partiellement permanente et donc partiellement réversible. La force de serrage est donc "calibrée" par les caractéristiques matériau. Cela explique aussi que ces vis (en particulier pour les joints de culasse) doivent avoir subi un nombre limité de serrages, et au pire être neuves à chaque rénovation.
 
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26 Février 2013
2 416
Harnes (Pas de Calais)
- question générale sur les couples de serrage
#15
bonjour,
merci à merblek d'avoir émis ce sujet, le système vis-écrou tellement connu suscite encore bien des questions....
Merci à lui aussi d'avoir remarqué et souligné que le couple de desserrage est inférieur au couple de serrage. Ce n'est pas si évident, et si ça avait été le contraire, on aurait pu trouver aussi des explications.....(*)
J'apprécie cette approche scientifique de la question.
Je suis +1 avec ce qui a été dit ci-dessus. J'ai juste envie d'ajouter quelques remarques.

dispositif de traction hydraulique sur la tige qui dépasse de l'écrou à un allongement déterminé
ce système est utilisé par exemple pour assembler des brides de gros réacteurs ou échangeurs. Le goujon (ou tige filetée) doit être plus long que nécessaire, pour tirer dessus avec le système hydraulique (de mémoire avec un diamètre un peu inférieur et filet plus fin). La tige s'allonge effectivement, et on vient simplement mettre l'écrou en contact puis on relâche la tension hydraulique. Bien sûr on fait ça par étapes comme un serrage de culasse, sinon la bride sera complètement de travers :wink:. Sauf erreur, on ne mesure pas l'allongement, on se contente d'appliquer le tirage qui convient, ainsi le réglage ne dépend pas de la longueur de la tige.

Le serrage à la clé dynamométrique est mieux qu'au pif, mais la précision de serrage obtenu est quand même très mauvaise, car l'effet de serrage dépend beaucoup des coefficients de frottement entre les pièces, et ils ne sont jamais connus avec précision.
Pour un système vis-écrou "normal", quelconque, pas rouillé mais peu graissé, le "rendement" du serrage est seulement de l'ordre de 10%. C'est à dire que 90% du couple de serrage est destiné à lutter contre les frottements, et non pas à produire du serrage.
Je joins une petite feuille de calcul que j'ai pas mal utilisée. Elle n'est pas parfaite (notamment deux restrictions mentionnées aux lignes 33 à 36), mais peut être bien utile. Principalement elle donne le couple nécessaire pour un serrage donné, ou l'inverse, en ayant rempli les données géométriques du problème. J'ai aussi fait apparaitre pour info le "rendement", dont on voit qu'il est vite très bas, même avec des frottements normaux.


coef. de frottement entre 2 piéces en mouvement et le coef. d'adhérence entre 2 pièces fixe était différant
tu as raison sergepol, mais je pense que le coefficient d'adhérence est plus fort que le coefficient de glissement, et cela ne va pas dans le sens du phénomène observé.....
Par contre on n'a pas pris en compte la torsion élastique de la vis, qui doit forcément exister un tant soit peu, et qui doit correspondre à un couple de desserrage qui serait exercé en permanence. non ?
Edit: cette torsion est proportionnelle à la longueur de la vis, et on a tous remarqué des difficultés dans certains conditions à bien serrer une vis longue si trop de frottement.
 

Fichiers joints

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Statut
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