Comprendre le desserrage mécanique
Définition : Qu'est-ce que le desserrage mécanique ?
desserrage mécanique Il s'agit de la perte progressive de force de serrage, de tension d'ajustement serré ou de rigidité structurelle dans les connexions mécaniques correctement assemblées au fil du temps en raison des conditions de fonctionnement, vibration, les cycles thermiques, la relaxation des matériaux ou l'usure. Contrairement à l'état initial relâchement Le desserrage mécanique, dû à un assemblage incorrect, décrit la détérioration progressive de connexions initialement correctement installées et serrées au couple prescrit.
Ce processus progressif représente un risque important pour la fiabilité, car il se développe lentement sur des mois ou des années de fonctionnement, passant souvent inaperçu jusqu'à ce que les vibrations augmentent considérablement ou que les fixations cèdent complètement. La compréhension des mécanismes de desserrage permet la mise en œuvre de mesures préventives et de protocoles d'inspection pour détecter et corriger le desserrage avant qu'il n'endommage l'équipement.
Mécanismes de desserrage mécanique
1. Desserrage induit par les vibrations
Le mécanisme le plus courant dans les machines tournantes :
desserrage des fixations
- Mécanisme: Les vibrations provoquent un glissement microscopique aux interfaces des fils.
- Processus : Chaque cycle de vibration permet une légère rotation de l'écrou/boulon
- Accumulation: Des milliers de cycles dévissent progressivement la fixation
- Facteurs critiques : Amplitude de vibration, fréquence, précharge du boulon, coefficient de frottement
- Seuil: Des amplitudes de vibration supérieures à 0,5-1,0 g peuvent provoquer un desserrage au fil du temps.
Spirale auto-desserrante
- Les vibrations initiales provoquent un léger desserrage
- Le jeu augmente les vibrations (effets non linéaires).
- L'augmentation des vibrations accélère le desserrage.
- Les retours positifs peuvent entraîner une détérioration rapide
2. Relaxation thermique
Les variations de température entraînent une perte de force de serrage :
Expansion différentielle
- Les boulons et les pièces serrées ont des coefficients de dilatation thermique ou des températures différents
- Le chauffage provoque une dilatation qui peut réduire la tension des boulons.
- Les cycles de refroidissement/chauffage provoquent des contraintes alternées (effet cliquet thermique).
- Allongement permanent des boulons dû au fluage à des températures élevées
Ensemble de compression pour joints/garnitures
- Les matériaux des joints se compriment sous la charge et la température.
- La compression permanente réduit la hauteur de serrage
- La tension des boulons diminue à mesure que l'assemblage se stabilise.
- Nécessite un resserrage périodique
3. Enrobage et tassement des matériaux
- Rugosité de surface : écrasement Les aspérités microscopiques des surfaces de contact se compriment sous la charge
- Règlement initial : Les composants s'assemblent au cours des premières heures/jours de fonctionnement
- Déformation permanente : Légère déformation plastique aux points de contrainte élevée
- Effet: L'épaisseur du joint diminue légèrement, réduisant ainsi la précharge du boulon.
4. Frotter et user
- Mouvement relatif microscopique aux interfaces (frettage)
- Matière retirée des surfaces de contact
- Les dégagements augmentent avec le temps
- Particulièrement au niveau des ajustements serrés et des assemblages à clavette
5. Corrosion et attaque chimique
- La corrosion des fixations réduit leur section et leur résistance.
- Le soulèvement par rouille peut initialement augmenter la tension, puis entraîner une rupture.
- La corrosion du filetage empêche le resserrage
- Corrosion galvanique entre métaux dissemblables
6. Fatigue
- Les contraintes alternées dues aux vibrations provoquent la fatigue des boulons
- Des fissures se forment, entraînant finalement la rupture des fixations.
- Particulièrement problématique dans les environnements à fortes vibrations
- Cela peut se produire même si le boulon ne se desserre pas visiblement.
Détection du desserrement progressif
Tendances en matière de vibrations
- Augmentation progressive du niveau global de vibration sur plusieurs mois/années
- Émergence et croissance des composantes harmoniques
- Augmentation de la dispersion de phase dans les mesures
- Changements de la réponse vibratoire linéaire à non linéaire
Contrôles périodiques du couple de serrage des boulons
- Vérification annuelle ou semestrielle du couple
- Documenter et suivre les valeurs de couple
- Un relâchement du couple > 20% indique un desserrage significatif
- Identifier les schémas (quels boulons se desserrent en premier/le plus souvent)
Inspection physique
- Recherchez des marques témoins indiquant un mouvement
- Vérifiez l'usure de la peinture au niveau des joints.
- Observez la présence de traces de rouille (indiquant un mouvement en présence d'humidité).
- Recherchez les débris de frottement (poudre noire ou rougeâtre aux interfaces).
Stratégies de prévention
Mesures de conception
- Taille de fixation adéquate : Les boulons de plus grande taille résistent mieux au desserrage dû aux vibrations.
- Fixations multiples : Répartir les charges et assurer la redondance
- Engagement correct du filetage : Engagement minimal de 1× diamètre du boulon
- Optimisation de la rigidité : Réduire les vibrations à la source
Pratiques d'assemblage
Application du couple approprié
- Utiliser des clés dynamométriques calibrées
- Respectez la séquence de serrage spécifiée (motif en étoile, etc.).
- Serrage en plusieurs passes pour les joints critiques
- Vérifier le couple de serrage final de toutes les fixations
Méthodes de verrouillage
- Composés de freinage pour filetage : Adhésifs anaérobies (Loctite, etc.) empêchant la rotation
- Rondelles de blocage : Rondelles fendues, rondelles étoiles, rondelles dentelées (efficacité débattue)
- Écrous de blocage : Inserts en nylon, fils déformés, rivetage
- Fil de sécurité : Verrouillage positif pour les fixations critiques
- Plaques/languettes de verrouillage : Caractéristiques de verrouillage mécanique
Sélection des matériaux
- Utilisez des fixations de qualité appropriée (classe 8.8, 10.9 pour les charges élevées).
- Matériaux résistants à la corrosion pour environnements difficiles
- Envisagez des revêtements pour améliorer les caractéristiques de frottement.
Pratiques opérationnelles
- Resserrer après le rodage initial : Resserrer après les premières 24 à 48 heures de fonctionnement
- Vérification périodique : Vérifier le couple de serrage selon le calendrier prévu (annuellement au minimum, trimestriellement pour les équipements critiques).
- Contrôle des vibrations : Maintenir une bonne équilibre et alignement pour minimiser les forces de desserrage
- Documentation: Enregistrement des valeurs de couple et des données de tendance
Quand le desserrage indique des problèmes plus profonds
Un desserrage récurrent peut indiquer des problèmes sous-jacents :
- Vibrations excessives : Un déséquilibre, un mauvais alignement ou une résonance provoquant des vibrations importantes qui empêchent une fixation normale
- Conception inadéquate : Fixations sous-dimensionnées ou insuffisantes pour les charges
- Problèmes thermiques : cycles ou gradients de température extrêmes
- Corrosion: Environnement agressif attaquant les fixations
- Fatigue: Charges alternées dépassant la limite d'endurance des fixations
Dans ces cas-là, le simple fait de remédier au desserrage (resserrage) n'apporte qu'un soulagement temporaire. Pour une solution permanente, il est indispensable d'identifier et de corriger la cause profonde.
Le desserrage mécanique est un processus insidieux qui transforme progressivement des machines correctement assemblées en équipements vibrants et peu fiables. Une surveillance proactive, par l'analyse des tendances vibratoires et des inspections physiques périodiques, associée à des pratiques d'assemblage et des méthodes de verrouillage appropriées, permet d'éviter que le desserrage ne compromette la fiabilité et la sécurité des équipements.
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