ASSEMBLAGES MECANIQUES

# ASSEMBLAGES MECANIQUES ## Préparation aux assemblages mécabiques # Préparation aux assemblages mécaniques\n\n## Introduction\nBienvenue dans cette leçon sur les assemblages mécaniques ! Dans le monde qui nous entoure, de la chaise sur laquelle vous êtes assis au vélo que vous utilisez, en passant par les structures industrielles complexes, tout est composé de plusieurs pièces reliées entre elles. Ces liaisons sont ce que l'on appelle des **assemblages mécaniques**. Comprendre comment ces pièces sont assemblées est fondamental pour la conception, la fabrication et la maintenance de tout produit technique. Cette leçon vous introduira aux différents types d'assemblages et à leurs fonctions.\n\n## Concepts Clés\n\n### Qu'est-ce qu'un assemblage mécanique ?\nUn assemblage mécanique est l'opération qui consiste à relier de manière permanente ou temporaire plusieurs pièces ou composants entre eux pour former un ensemble fonctionnel. L'objectif est de transmettre des efforts, d'assurer une certaine rigidité ou de garantir une étanchéité.\n\n### Les différents types d'assemblages\nLes assemblages sont généralement classés en deux grandes catégories principales : démontables et non démontables.\n\n#### Assemblages Démontables\nCe sont des assemblages qui peuvent être séparés sans endommager les pièces ou les éléments de liaison. Ils sont choisis lorsque l'on prévoit un démontage pour l'entretien, la réparation ou le remplacement de pièces.\n* **Vissage/Boulonnage :** Utilisation de vis, écrous et rondelles. C'est le type le plus courant. Il permet un démontage facile.\n * Exemple : Fixation d'un couvercle sur un boîtier avec des vis.\n* **Clavetage :** Utilisation d'une clavette pour lier un arbre à un moyeu en rotation, transmettant le couple.\n * Exemple : Fixation d'une poulie sur un arbre moteur.\n* **Goupillage :** Utilisation d'une goupille pour positionner ou maintenir des pièces ensemble, souvent pour résister au cisaillement.\n * Exemple : Maintien en position de deux plaques ou articulation.\n* **Linguet/Anneau élastique (Circlips) :** Permettent le maintien axial de pièces sur un arbre ou dans un alésage.\n * Exemple : Maintien d'un roulement sur un arbre.\n\n#### Assemblages Non Démontables\nCes assemblages sont permanents. Leur séparation entraîne généralement la destruction des éléments de liaison ou l'endommagement des pièces assemblées. Ils sont privilégiés pour la robustesse et la permanence.\n* **Soudage :** Fusion de matériaux, souvent avec un matériau d'apport, pour créer une liaison continue et très résistante.\n * Exemple : Assemblage de profilés métalliques dans une charpente.\n* **Rivetage :** Utilisation de rivets qui, déformés plastiquement, créent une liaison permanente.\n * Exemple : Fixation de tôles sur une structure d'avion.\n* **Collage :** Utilisation d'un adhésif pour lier les pièces. Très polyvalent pour différents matériaux.\n * Exemple : Assemblage de composants composites, de pièces en plastique.\n* **Sertissage :** Déformation plastique d'une ou plusieurs pièces pour en assembler d'autres.\n * Exemple : Fixation d'une lentille dans une monture de lunettes.\n* **Agrafage :** Utilisation d'agrafes pour lier des matériaux souples ou fins.\n * Exemple : Assemblage de feuilles de papier, de tissus.\n\n### Les fonctions d'un assemblage\nUn assemblage ne sert pas seulement à ## Assemblages vissés et boulonnés ### Introduction Les assemblages vissés et boulonnés sont omniprésents dans notre vie quotidienne et dans l'industrie. Que ce soit pour assembler des meubles, fixer des pièces d'une machine ou construire des structures complexes, ils offrent une solution fiable et démontable. Cette leçon vous permettra de comprendre les principes de base, les composants, les différents types et les caractéristiques de ces assemblages essentiels en mécanique. ### 1. Concepts Clés #### 1.1 Définition et principe Un **assemblage vissé ou boulonné** est un moyen de lier deux ou plusieurs pièces mécaniques de manière **démontable** grâce à des éléments filetés (vis, écrou). Le principe repose sur le serrage qui crée une force de compression entre les pièces, les maintenant ensemble par frottement. #### 1.2 Les composants des assemblages ##### 1.2.1 La vis La vis est une pièce filetée cylindrique ou conique comportant une tête à une extrémité et un filetage à l'autre. Elle se visse soit dans une pièce taraudée, soit dans un écrou. * **Tête de vis :** Permet la prise de l'outil de serrage (ex: hexagonale, cylindrique à six pans creux (CHC), fraisée). * **Tige filetée :** Partie de la vis comportant le filetage. * **Filetage :** Rainure hélicoïdale qui s'enroule autour de la tige. Les filetages les plus courants sont les **filetages métriques** (désignés par M) caractérisés par leur diamètre nominal et leur pas. ##### 1.2.2 L'écrou L'écrou est une pièce comportant un trou taraudé, c'est-à-dire un filetage intérieur, qui s'accouple avec le filetage d'une vis. Il est souvent de forme hexagonale pour faciliter le serrage. ##### 1.2.3 La rondelle La rondelle est une petite pièce plate, généralement en métal, interposée entre la tête de vis (ou l'écrou) et la pièce à assembler. Ses rôles principaux sont : * **Répartir l'effort de serrage :** Évite d'endommager la surface de la pièce. * **Augmenter la surface d'appui :** Réduit le risque d'enfoncement dans les matériaux tendres. * **Freiner le desserrage :** Certaines rondelles (dites élastiques ou de freinage) aident à empêcher le desserrage dû aux vibrations. #### 1.3 Types d'assemblages ##### 1.3.1 Assemblage vissé direct (dans une pièce taraudée) Dans ce type d'assemblage, la vis est directement vissée dans l'une des pièces à assembler, qui a été préalablement taraudée (création d'un filetage intérieur). L'autre pièce est traversée par un trou lisse. ##### 1.3.2 Assemblage boulonné (traversant) Les deux pièces à assembler sont percées d'un trou lisse. La vis traverse les deux pièces et un écrou vient se visser sur la partie filetée de la vis pour serrer l'ensemble. C'est un **boulon** (vis + écrou) qui réalise l'assemblage. ##### 1.3.3 Assemblage goujon-écrou Un goujon est une tige filetée à ses deux extrémités. Une extrémité est vissée dans une pièce taraudée et l'autre reçoit un écrou qui serre la seconde pièce. #### 1.4 Avantages et inconvénients ##### 1.4.1 Avantages * **Démontable :** Permet le démontage et le remontage sans détérioration des pièces. * **Polyvalence :** Grande variété de tailles, de matériaux et de formes. * **Facilité de mise en œuvre :** Ne nécessite pas d'outillage complexe pour l'assemblage standard. * **Coût :** Relativement économique. ##### 1.4.2 Inconvénients * **Risque de desserrage :** Peut se produire sous l'effet de vibrations ou de charges variables. * **Concentration de contraintes :** Les trous affaiblissent les pièces. * **Encombrement :** Les têtes de vis et les écrous peuvent nécessiter de l'espace. #### 1.5 Caractéristiques techniques et désignation ##### 1.5.1 Désignation normalisée des vis Les vis sont désignées selon des normes (ex: ISO, DIN). Pour les filetages métriques, la désignation typique est : `M D x P - L` (ou `M D - L` si le pas est standard) * **M :** Indique un filetage métrique. * **D :** Diamètre nominal de la vis en mm (ex: M8, M12). * **P :** Pas du filetage en mm (distance entre deux filets). Si non spécifié, il s'agit du pas gros (standard). * **L :** Longueur sous tête de la vis en mm. **Exemple :** `Vis M10 x 1.5 - 40` signifie une vis à filetage métrique, de diamètre nominal 10mm, de pas 1.5mm et de longueur sous tête 40mm. ##### 1.5.2 Classe de qualité des vis et écrous La classe de qualité indique la résistance mécanique de la vis ou de l'écrou. * Pour une vis, elle est généralement indiquée par deux nombres séparés par un point (ex: 8.8, 10.9). * Le premier chiffre (multiplié par 100) donne la résistance minimale à la traction (en MPa). * Le produit des deux chiffres (multiplié par 10) donne la limite d'élasticité (en MPa). * Pour un écrou, un seul chiffre (ex: 8, 10) indique sa résistance à associer avec une vis de même classe ou inférieure. #### 1.6 Principe du serrage Le serrage d'une vis ou d'un boulon a pour but de créer une **précontrainte** dans l'assemblage. Cette précontrainte est une tension dans la vis et une compression dans les pièces assemblées. Elle est essentielle pour garantir la tenue mécanique de l'assemblage et éviter le desserrage. Le **couple de serrage** est la force de rotation appliquée lors du serrage, souvent contrôlée avec une clé dynamométrique pour assurer la bonne tension. ### 2. Vocabulaire * **Vis :** Élément de fixation fileté avec une tête. * **Écrou :** Élément de fixation taraudé qui s'accouple avec une vis. * **Boulon :** Ensemble constitué d'une vis et d'un écrou. * **Rondelle :** Pièce plate interposée entre la tête de vis/écrou et la pièce. * **Filetage :** Rainure hélicoïdale sur une vis (extérieur). * **Taraudage :** Rainure hélicoïdale dans un trou (intérieur). * **Pas :** Distance entre deux filets consécutifs d'une vis. * **Diamètre nominal :** Diamètre de référence d'un filetage. * **Couple de serrage :** Moment de la force appliqué pour serrer une vis ou un écrou. * **Classe de qualité :** Indice de la résistance mécanique des éléments filetés. ### 3. Exemples * **Assemblage d'un support moteur :** Souvent réalisé avec des boulons de haute résistance (classe 10.9) pour résister aux vibrations et aux charges importantes. * **Fixation d'une roue de voiture :** Les goujons et écrous de roue maintiennent la roue fermement contre le moyeu. * **Mobilier en kit :** Utilise fréquemment des vis à bois, des vis à métaux et des écrous pour des assemblages simples et démontables. * **Structures métalliques (ponts, charpentes) :** Emploient de nombreux assemblages boulonnés, souvent avec des boulons de haute performance et des systèmes anti-desserrage. ### 4. Exercices 1. Décrivez la différence principale entre un assemblage vissé direct et un assemblage boulonné. 2. Quel est le rôle d'une rondelle plate dans un assemblage ? Citez deux fonctions. 3. Donnez la désignation complète d'une vis à tête hexagonale, filetage métrique de 12 mm de diamètre nominal, pas standard, et d'une longueur de 70 mm. 4. Pourquoi est-il important de respecter le couple de serrage indiqué par le fabricant lors du montage d'un assemblage ? 5. Une vis de classe 8.8 est-elle plus ou moins résistante qu'une vis de classe 5.6 ? Justifiez votre réponse. ### 5. Devoirs 1. Identifiez trois objets différents dans votre environnement quotidien qui utilisent des assemblages vissés ou boulonnés. Pour chaque objet, décrivez le type d'assemblage (vissé direct ou boulonné) et identifiez les composants (vis, écrou, rondelle). 2. Recherchez la signification des deux chiffres dans la classe de qualité 10.9 pour une vis. Quels sont les avantages d'utiliser une vis de cette classe plutôt qu'une vis de classe 4.6 ? 3. Dessinez un schéma simple d'un assemblage boulonné et d'un assemblage vissé direct, en y indiquant les noms des composants. 4. Quels sont les risques si un assemblage boulonné n'est pas serré suffisamment ? Et s'il est trop serré ? 5. Parmi les types de rondelles (plate, grower, à dents), laquelle choisiriez-vous pour un assemblage soumis à de fortes vibrations et pourquoi ? ### Résumé Les assemblages vissés et boulonnés sont des solutions essentielles pour lier des pièces de manière démontable. Ils sont composés principalement de vis, d'écrous et de rondelles, chacun ayant un rôle spécifique. On distingue principalement les assemblages vissés directs (dans une pièce taraudée) et les assemblages boulonnés (avec vis et écrou traversant les pièces). La désignation normalisée et la classe de qualité sont des informations cruciales pour choisir le bon élément de fixation, et un serrage approprié garantit la solidité et la durabilité de l'assemblage. ## Assemblage par agrafage et par rivetage ### Introduction Bienvenue à cette leçon sur les méthodes d'assemblage mécanique! Dans le monde de l'ingénierie et de la fabrication, joindre des pièces entre elles de manière fiable est essentiel. Nous allons explorer deux techniques courantes d'assemblage permanent ou semi-permanent : l'agrafage et le rivetage. Ces méthodes sont utilisées dans une multitude de domaines, de la simple fixation de documents à l'assemblage de structures d'avions. Comprendre leurs principes, leurs avantages et leurs inconvénients vous aidera à choisir la bonne solution pour chaque projet. ### Concepts Clés #### L'assemblage mécanique L'assemblage mécanique consiste à lier plusieurs pièces ensemble pour former un sous-ensemble ou un produit fini. Il existe de nombreuses façons d'assembler des pièces, que ce soit de manière permanente (soudage, rivetage) ou démontable (vis, boulons). Aujourd'hui, nous nous concentrons sur deux méthodes particulières. #### L'agrafage L'agrafage est une technique d'assemblage qui utilise des *agrafes*, de petites pièces de fil métallique plié, pour fixer deux ou plusieurs matériaux ensemble. ##### Principe de l'agrafage Une agrafe est poussée à travers les matériaux, puis ses extrémités sont repliées (souvent en forme de U ou de V) pour verrouiller l'assemblage. C'est une méthode rapide et relativement simple. ##### Types d'agrafes * **Agrafes de papeterie:** Fines, généralement en acier galvanisé, utilisées pour les documents. * **Agrafes industrielles:** Plus robustes, de différentes tailles et matériaux (acier, cuivre, inox) pour le bois, le tissu, le plastique, etc. ##### Outils d'agrafage * **Agrafeuse manuelle:** La plus commune, pour de petits travaux. * **Agrafeuse électrique ou pneumatique:** Pour des travaux plus intenses ou répétitifs, offrant plus de puissance et de rapidité. ##### Avantages de l'agrafage * **Rapidité:** L'assemblage est très rapide à réaliser. * **Coût faible:** Les agrafes et les agrafeuses sont généralement peu coûteuses. * **Flexibilité:** Permet d'assembler des matériaux différents (papier, bois, tissu, plastique mince). * **Démontage possible:** Souvent, on peut retirer une agrafe sans trop endommager les pièces. ##### Inconvénients de l'agrafage * **Résistance limitée:** Ne convient pas pour des assemblages soumis à de fortes contraintes. * **Matériaux minces:** Généralement limité aux matériaux d'une certaine épaisseur. * **Esthétique:** Les agrafes peuvent être visibles et ne pas être toujours esthétiques. ##### Applications de l'agrafage * Papeterie (documents, cahiers) * Ameublement (fixation de tissus, bâches) * Emballage (cartons) * Fixation de câbles ou de fils (clouage de gaines) #### Le rivetage Le rivetage est une méthode d'assemblage permanent qui utilise des *rivets* pour joindre deux ou plusieurs pièces. Un rivet est une tige cylindrique avec une tête d'un côté. ##### Principe du rivetage Un trou est percé à travers les pièces à assembler. Le rivet est inséré dans ce trou, puis son extrémité libre (appelée *contre-tête*) est déformée plastiquement pour former une seconde tête, bloquant ainsi les pièces ensemble de manière définitive. ##### Types de rivets * **Rivets pleins:** Nécessitent un accès des deux côtés des pièces. La contre-tête est formée par frappe (marteau, riveteuse) ou par emboutissage. * **Rivets aveugles (ou Pop-rivets):** Conçus pour être posés lorsque l'accès n'est possible que d'un seul côté. Ils contiennent un mandrin qui est tiré pour déformer la queue du rivet et former la contre-tête, puis le mandrin se rompt. * **Rivets tubulaires:** Creux, ils sont utilisés pour des assemblages moins résistants ou pour des matériaux fragiles. ##### Outils de rivetage * **Marteau et chasse-rivet:** Pour les rivets pleins, méthode traditionnelle. * **Pince à riveter (riveteuse):** Manuelle, électrique ou pneumatique, pour la pose de rivets aveugles ou de rivets pleins. ##### Avantages du rivetage * **Assemblage permanent et robuste:** Très résistant aux vibrations et aux efforts. * **Assemblage de matériaux différents:** Permet de joindre des métaux différents sans risque de corrosion galvanique si des précautions sont prises. * **Pas de dégradation thermique:** Contrairement au soudage, la chaleur n'affecte pas les propriétés des matériaux assemblés. * **Contrôle qualité facile:** La qualité d'un rivetage est relativement facile à inspecter visuellement. ##### Inconvénients du rivetage * **Démontage destructif:** Le rivet doit être percé ou meulé pour être retiré, ce qui détruit l'assemblage. * **Pré-perçage nécessaire:** Chaque assemblage nécessite de percer un trou. * **Accès aux deux côtés:** Pour les rivets pleins, il faut pouvoir accéder aux deux côtés de l'assemblage. * **Poids:** Les rivets ajoutent du poids à la structure. ##### Applications du rivetage * Aéronautique (ailes d'avion, fuselages) * Chaudronnerie et tôlerie (réservoirs, structures métalliques) * Bâtiment et ponts métalliques * Automobile (châssis, carrosserie) * Articles du quotidien (manches de casseroles, jeans) #### Comparaison Agrafage vs Rivetage | Caractéristique | Agrafage | Rivetage | | :----------------- | :------------------------------------- | :------------------------------------------- | | **Permanence** | Semi-permanent (facilement démontable) | Permanent (démontage destructif) | | **Résistance** | Faible à moyenne | Élevée | | **Matériaux** | Papier, tissu, bois léger, plastique fin | Métaux (tôles, profilés), plastiques épais | | **Épaisseur** | Matériaux minces à faibles | Matériaux de moyenne à forte épaisseur | | **Outils** | Agrafeuse | Pince à riveter, riveteuse, marteau | | **Applications** | Bureautique, ameublement léger, emballage | Aéronautique, automobile, chaudronnerie, bâtiment | ### Vocabulaire * **Agrafe:** Pièce de fil métallique pliée utilisée pour l'agrafage. * **Agrafeuse:** Outil servant à poser des agrafes. * **Rivet:** Tige métallique avec une tête, utilisée pour le rivetage. * **River:** L'action de poser un rivet en déformant sa queue. * **Riveteuse:** Outil servant à poser des rivets. * **Assemblage permanent:** Liaison de pièces qui ne peut être défaite sans destruction. * **Tôle:** Feuille de métal mince. * **Contre-tête:** La tête formée à l'extrémité du rivet après déformation lors du rivetage. * **Mandrin:** Tige centrale d'un rivet aveugle qui est tirée pour le poser et qui se casse ensuite. ### Exemples * **Agrafage:** Imaginez la bâche de jardin de votre grand-mère fixée à un cadre en bois avec de nombreuses agrafes. Ou la couverture de votre carnet de notes assemblée par deux petites agrafes. * **Rivetage:** Regardez les ailes d'un avion : elles sont assemblées par des milliers de rivets. Sur un jean, les petites pièces métalliques aux coins des poches sont des rivets, renforçant l'assemblage pour éviter qu'il ne se déchire. ### Exercices 1. Définissez avec vos propres mots l'agrafage et le rivetage. 2. Citez deux avantages et deux inconvénients de chaque méthode d'assemblage. 3. Dans quelle situation préféreriez-vous utiliser le rivetage plutôt que l'agrafage ? Justifiez votre réponse. 4. Quel type de rivet est idéal si vous devez assembler deux tôles et que vous n'avez accès qu'à un seul côté de l'assemblage ? Expliquez pourquoi. 5. Décrivez brièvement le principe de fonctionnement d'une agrafeuse manuelle, de l'insertion de l'agrafe à sa fixation. ### Devoirs 1. Observez autour de vous (à la maison, à l'école, dans la rue) et trouvez trois exemples concrets d'objets assemblés par agrafage et trois par rivetage. Décrivez-les et expliquez pourquoi cette méthode d'assemblage a été choisie. 2. Dessinez un schéma simplifié d'un assemblage par rivet aveugle. Indiquez clairement les pièces à assembler, le rivet avant la pose, et le rivet après la pose, en montrant la formation de la contre-tête. 3. Expliquez en quelques phrases pourquoi l'agrafage est souvent utilisé pour des fixations temporaires ou légères, tandis que le rivetage est privilégié pour des assemblages permanents et robustes. ### Résumé Nous avons exploré deux techniques fondamentales d'assemblage mécanique : l'agrafage et le rivetage. L'agrafage, rapide et économique, est idéal pour des fixations légères et semi-permanentes de matériaux fins. Le rivetage, en revanche, offre un assemblage permanent et très robuste, parfait pour des structures soumises à de fortes contraintes, même si son démontage est destructif. Le choix entre ces deux méthodes dépendra toujours des contraintes de résistance, de coût, d'esthétique et de la nature des matériaux à assembler.