Différents types de filetages

Les vis font partie intégrante de nombreux dispositifs et structures mécaniques, permettant l'assemblage et la fixation de différents composants. Cependant, les filetages sont plus variés qu'il n'y paraît à première vue. Différents types de filetages ont été développés pour répondre à diverses applications et exigences. Il est important pour les ingénieurs et les techniciens de comprendre les différents types de filetages afin de sélectionner la configuration optimale pour une tâche donnée.

Notions de base sur le filetage des vis

Lorsqu'il s'agit de filets de vis, il s'agit essentiellement d'une structure hélicoïdale conçue pour convertir un mouvement rotatif en mouvement linéaire ou pour fixer des objets ensemble. Comprendre les termes de base vous aidera à les identifier et à les utiliser efficacement.

Le pas est la distance entre deux points correspondants sur des filets adjacents. Il est crucial pour l'assemblage, car des pas identiques garantissent que les filets s'emboîtent correctement.

Le diamètre d'une vis correspond à la taille de la vis. Le diamètre principal est le plus grand diamètre (d、D) du filet, tandis que le diamètre secondaire (d1、D1) est le plus petit.

La racine est le bas du fil - entre deux flancs du fil - et la crête est le haut du fil.

Parlons du pas d'un filet de vis. Dans le cas d'un filet à départ unique (une hélice), le pas est égal au pas. En revanche, pour un filet à plusieurs départs (plus d'une hélice), le pas est égal au pas multiplié par le nombre de départs.

L'angle du filet est l'angle entre les flancs du filet, qui peut affecter la résistance et la capacité de charge. Dans la plupart des vis courantes, cet angle est de 60 degrés, mais il peut varier.

Normes relatives aux systèmes de filetage

Il est essentiel de comprendre les différents filetages standard pour vos projets impliquant des vis et des éléments de fixation. Explorons les normes les plus couramment utilisées, afin de vous assurer de sélectionner le bon type de filetage pour votre travail.

Norme unifiée de filetage (UTS)

La norme unifiée de filetage est très répandue, en particulier aux États-Unis et au Canada. Elle comprend les filetages UNC (Unified National Coarse) et UNF (Unified National Fine), qui sont désignés respectivement pour les fixations à filetage grossier et à filetage fin. Ces normes spécifient la forme, l'angle, le diamètre et le pas (la distance entre les filets) des filets.

• UNC : couramment utilisé lorsqu'un assemblage ou un désassemblage rapide est nécessaire.
• UNF : offre une résistance à la traction plus élevée que les filets grossiers ; idéal pour les applications de précision.
• UNEF : Unified National Extra Fine

Ces filetages peuvent avoir plusieurs classes d'ajustement, de lâche à serré, pour répondre à différentes exigences d'assemblage. Par exemple, 2A/2B est un ajustement courant où 2A représente un filetage extérieur et 2B un filetage intérieur.

Le filetage UNR est une adaptation de la norme de filetage unifié. Il comprend un petit arrondi contrôlé de la racine du filet, ce qui améliore sa résistance à la fatigue. Cette caractéristique est particulièrement importante pour les applications où la vis subit des cycles de chargement et de déchargement.

Norme de filetage métrique

La norme des filetages métriques est un système internationalement reconnu, caractérisé par sa simplicité et son efficacité. Les filetages métriques sont identifiés par leur diamètre (en millimètres) et leur pas, et se déclinent en variantes de filetages grossiers et fins. Cette norme permet d'échanger facilement des composants dans le monde entier.

• Filets grossiers : Utilisation régulière lorsqu'il n'est pas nécessaire d'effectuer un réglage fin des vis.
• Filets fins : Moins susceptibles d'être croisés et mieux adaptés aux applications nécessitant un réglage plus fin de la tension.

Normes britanniques

Les normes britanniques comprennent une variété de types de filets, tels que le filetage British Standard Whitworth (BSW) et la série de filets British Association (BA). Le BSW est connu pour son angle de filetage spécifique et ses racines et crêtes arrondies, qui donnent des profils de filetage distincts. Les normes BA sont souvent utilisées dans les instruments de précision et les fixations de petite taille.

• BSW : Profil de filetage avec un angle de 55 degrés, courant dans les machines anciennes ou lourdes.
• BA : Filets fins adaptés aux petits mécanismes, souvent utilisés en électronique et en modélisme.

Autres normes relatives aux fils

Outre les principales normes, il existe également des filetages spécialisés tels que ceux pour les raccords de tuyauterie ou l'American National Standard pour différentes applications. Ces normes répondent à des exigences spécifiques qui peuvent ne pas être satisfaites par les catégories les plus répandues.

• Filets spéciaux : Utilisés pour des applications telles que les raccords de tuyauterie étanches ou les environnements soumis à des contraintes mécaniques particulières.

Variations dans la conception des fils

Droit ou conique

Les filets droits ont un diamètre constant et forment un cylindre sur toute leur longueur. Ils sont parfaits pour les fixations où l'alignement et l'intégrité contre les forces latérales sont primordiaux. Les filets coniques, quant à eux, se rétrécissent comme un cône au fur et à mesure qu'ils progressent, ce qui garantit une meilleure étanchéité. Ils sont couramment utilisés dans les applications nécessitant le confinement de liquides ou de gaz.

Parallèle ou conique

Les filets parallèles sont un type de filets droits dont le diamètre reste inchangé d'une extrémité à l'autre. Cette conception permet de visser des composants sans modifier la relation entre les diamètres, ce qui les rend idéaux pour de nombreuses opérations d'assemblage. À l'inverse, les filetages coniques, analogues aux filetages coniques, diminuent en diamètre et sont conçus pour créer un joint étanche aux fluides grâce à la surface du filet elle-même qui se conforme à la forme du cône.

Gaucher ou droitier

Le sens dans lequel le filetage s'enroule autour du cylindre peut être soit à droite, soit à gauche. Le filetage à droite est plus courant et se resserre dans le sens des aiguilles d'une montre, tandis que le filetage à gauche se resserre dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Ce dernier est moins courant et peut être utilisé lorsque l'action de vissage doit contrecarrer une force qui tend à dévisser un filet à droite, comme sur le côté gauche d'une pédale de bicyclette.

Profils et formes des filets

Pour comprendre les filetages, il est essentiel de reconnaître la variété des profils et des formes de filetages, chacun ayant des caractéristiques et des applications spécifiques. Examinons maintenant les quatre principaux types de filets : Le filet en V, le filet carré, le filet Acme et le filet à contrefort.

Filet en V

Votre expérience en matière de vis vous a probablement amené à utiliser le filetage en V, le profil de filetage le plus courant, caractérisé par un angle de 60 degrés. Vous le trouverez sur la plupart des vis et boulons de fixation. Ce filet en V pointu offre une bonne résistance et est facile à fabriquer, ce qui le rend adapté à la majorité des tâches d'assemblage générales.

Fil carré

Les filets carrés se distinguent par leur forme carrée, le flanc étant perpendiculaire à l'axe de la vis. Ces filetages sont conçus pour la transmission de puissance, réduisant les frottements par rapport aux filetages en V. On les trouve généralement dans les vérins, les étaux et d'autres mécanismes nécessitant un mouvement efficace. On les trouve généralement dans les vérins, les étaux et autres mécanismes nécessitant un mouvement efficace.

Filet Acme

Le profil du filet Acme se distingue par sa forme trapézoïdale, qui offre un compromis entre la résistance d'un filet en V et le faible frottement des filets carrés. Son angle de flanc de 29 degrés le rend plus robuste et adapté aux charges lourdes que l'on trouve souvent dans les vis à tête et les mécanismes d'étau.

Filet d'arc-boutement

Enfin, les filets à contrefort ont un profil triangulaire avec un flanc vertical et un flanc angulaire. Cette conception permet une transmission de force élevée dans une direction tout en maintenant un mouvement libre dans l'autre, ce qui est courant dans les applications telles que les vérins à vis et les presses où une charge unidirectionnelle est présente.

Mécanique et dynamique des fils

Dans le domaine des filetages, il est essentiel de comprendre l'interaction des forces et le mouvement qui en résulte. Vous découvrirez que le couple appliqué et la force résultante sont essentiels à la fonction des filetages en tant que machine simple et en tant que composant de systèmes de roulements.

Couple et force

Lorsque vous appliquez un couple à une vis, vous la tordez essentiellement pour générer un mouvement linéaire. Ce couple est calculé comme la force exercée à une distance du point de pivot, qui est le rayon moyen de la vis. L'équation M = Wr tan(ϕs + α) représente le moment ou le couple nécessaire pour surmonter les frottements et générer un mouvement, où :

• M est le moment ou le couple.
• W est la force linéaire appliquée à la vis.
• r est le rayon moyen de la vis.
• ϕs est l'angle de frottement de la vis.
• α est l'angle du pas de vis.

Cette force linéaire, ou la charge sur la vis, se traduit par le mouvement rotatif nécessaire pour lever ou abaisser la vis, illustrant ainsi le principe de l'avantage mécanique dans les machines simples.

Friction et usure

Le frottement joue un rôle important dans la dynamique des filetages. Il s'agit de la résistance que rencontre une surface ou un matériau lorsqu'il se déplace sur un autre. Voici comment il intervient :

• Angle de frottement (ϕs) : Cet angle permet de comprendre le couple nécessaire pour que la vis commence à bouger. Un frottement plus élevé signifie qu'un couple plus important est nécessaire.
• Usure et déchirure : L'interaction continue entre les filets peut entraîner une usure qui affecte à la fois l'efficacité et la durée de vie de la vis.

Pour minimiser l'usure et prolonger la durée de vie des filets de vis :

1. Lubrification : Appliquer des lubrifiants appropriés pour réduire le contact direct métal-métal.
2. Sélection des matériaux : Utiliser des matériaux à haute résistance à l'usure pour les filetages.

N'oubliez pas que mieux vous gérez le frottement par la lubrification et le choix des matériaux, plus le passage du mouvement rotatif au mouvement linéaire se fera en douceur, maximisant ainsi l'avantage mécanique de vos filets de vis.

Mesures et outils pour les filets

Pour atteindre la précision dans vos projets impliquant des fixations filetées, il est essentiel de mesurer les filets avec précision. Le diamètre du pas de vis et le diamètre effectif jouent un rôle important dans ce processus. Voici comment mesurer efficacement ces dimensions à l'aide d'outils spécifiques.

Micromètres et jauges

Le micromètre est un instrument de mesure de précision qui permet d'obtenir le diamètre exact des filets mâles. L'outil fonctionne en mesurant le diamètre primitifIl s'agit du diamètre d'un cylindre imaginaire où la largeur du filet et l'espace entre les filets sont égaux. En général, les micromètres se mesurent par petits incréments, ce qui permet d'atteindre un haut degré de précision.

• Micromètre à pas : spécialement conçu pour mesurer le diamètre à pas de vis.
• Jauges de filetage : essentielles pour identifier le profil des filets sur une fixation filetée. Elles permettent de vérifier le pas ou le nombre de filets par pouce en faisant correspondre les dents aux filets.

Tours et machines

Les tours et autres machines, qui ont une double fonction, sont tout aussi essentiels. Non seulement elles peuvent créer les filets par découpage, mais certaines ont également la capacité de mesurer les filets qu'elles ont produits. Ils sont particulièrement utilisés pour la fabrication de filets mâles et femelles, compte tenu de leur profil de base. En outre, de nombreux tours modernes sont équipés d'un affichage numérique qui permet d'obtenir des mesures précises.

En utilisant des micromètres, des jauges et des équipements d'usinage, vous pouvez mesurer avec précision et créer des filetages qui répondent aux spécifications de votre projet.

Formes spéciales de filets

Dans le monde du filetage, les formes spéciales de filetage servent des objectifs précis. Vous rencontrerez des modèles uniques conçus pour des connexions sûres et des applications à haute résistance. Examinons quelques filets spéciaux que vous pourriez utiliser dans vos projets.

Filets de tuyauterie

Vous aurez souvent affaire à des filetages de tuyaux lorsque vous travaillerez sur des systèmes de plomberie ou de traitement des fluides. Ces filetages sont conçus pour assurer l'étanchéité et présentent généralement un cône qui permet un ajustement plus serré au fur et à mesure que vous les vissez. Les normes les plus courantes pour ces filetages sont le NPT (National Pipe Taper) et le BSPT (British Standard Pipe Taper). Chacun d'entre eux présente des angles et des diamètres de filetage différents, ce qui les rend adaptés à des utilisations spécifiques.

• Filets NPT : Communs en Amérique du Nord, ils sont très étanches grâce à leur profil conique.

• Filets BSPT : Principalement utilisés en Europe et en Asie, ils ont également une forme conique pour l'étanchéité des fluides.

Le rayon de la racine, une caractéristique de conception de certaines formes de filets, a un impact sur la résistance du fil. C'est la petite courbe au fond de la rainure du filet qui peut absorber les contraintes et réduire le risque de fissuration sous l'effet de la charge.

Manipulation et utilisation des fils

Lorsqu'il s'agit de filets de vis, il est essentiel de comprendre les spécificités de la fixation et les niveaux d'engagement entre les filets mâles et femelles. Une technique appropriée garantit la longévité et la fiabilité des raccords filetés.

Fixation et sécurisation

La fixation est le processus d'assemblage d'objets à l'aide d'un boulon, d'une vis ou d'autres types d'attaches similaires. Voici comment procéder correctement :

• Choisir la bonne fixation : Faire correspondre le filetage mâle (boulon ou vis) au filetage femelle approprié (écrou ou trou taraudé).
• Aligner avec précision : Commencer à la main afin d'éviter le croisement des fils.
• Serrer de manière appropriée : Utilisez l'outil approprié pour serrer les fixations ; un serrage excessif peut dénuder les filets, tandis qu'un serrage insuffisant peut entraîner un desserrement de l'assemblage.

Le terme "vis à vérin" fait référence à un type de vis utilisé en électronique pour assurer l'espacement ou pour fixer des composants tels que des connecteurs. L'utilisation d'un écrou fendu, qui est divisé en deux parties pour s'enrouler autour de l'arbre sans avoir à visser l'extrémité, peut faciliter les réparations lorsque le démontage est difficile.

Engagement du fil

L'engagement du filetage fait référence à la profondeur à laquelle les filets mâles s'emboîtent dans les filets femelles. Pour obtenir un engagement correct :

• Assurer la profondeur : En règle générale, la profondeur d'engagement doit être au moins égale au diamètre de la vis ou du boulon.
• Vérifier la qualité du filetage : Des filets endommagés ou sales peuvent compromettre l'engagement du filet.

La précision de l'ajustement entre les filets est essentielle. Vous devez pouvoir sentir une résistance lorsque vous serrez, ce qui indique que les filets sont parfaitement en contact. Veillez à ne pas dénuder les filets en serrant trop fort.

En conclusion, il existe plusieurs types courants de filets de vis utilisés à des fins différentes en fonction de facteurs tels que les contraintes mécaniques, les contraintes de fabrication et la précision requise. Les filetages métriques et unifiés sont les plus courants pour l'assemblage mécanique général. Les formes de filetage spécialisées, telles que les filets à contrefort, les filets Acme et les filets carrés, répondent à des besoins dans des domaines tels que les machines lourdes, les mouvements linéaires et les assemblages à haute résistance.

Pour être lisible, voici une forme concise :

L'angle, le pas et le profil du filet influencent tous les performances du filet. Le choix du type de filetage approprié permet de maximiser la fonctionnalité tout en évitant les défaillances. Au fur et à mesure que les systèmes mécaniques progressent, de nouvelles conceptions de filetage peuvent apparaître. Dans l'ensemble, l'application des principes de l'ingénierie des filetages permet de s'assurer que les composants sont fixés de manière fiable pour l'usage auquel ils sont destinés.