Trois normes de rondelles plates, et une seule dit à quoi sert une rondelle

Cette page n’explique pas la mécanique de la répartition des contraintes, ne donne aucun conseil de conception ou de choix et ne cite aucun produit. Elle lit trois domaines d’application et un tableau de dimensions pour chacun. La question provient d’un site public de questions d’ingénierie, consulté par son interface ouverte, car les outils de navigateur qu’utilise habituellement ce site sont toujours indisponibles. Nous avons lu la question et non ses réponses, et aucun nom d’utilisateur n’apparaît ici.

La série normale renvoie la question

Commençons par la rondelle ordinaire, celle de la boîte. Sa norme s’ouvre en disant ce qu’elle est : série normale, grade de produit A, dans les classes de dureté 200 HV et 300 HV, en dimensions nominales de 1,6 mm à 64 mm. Puis elle indique à quelles fixations convient chaque classe de dureté. La rondelle 200 HV pour les vis de classes de qualité jusqu’à 8.8 inclus et les écrous jusqu’à 8 inclus. La rondelle 300 HV pour les classes de qualité jusqu’à 10.9 inclus et les écrous jusqu’à 10.

C’est un énoncé sur l’appariement d’une rondelle et d’une fixation, et c’est le seul énoncé fonctionnel du document. Vient ensuite la dernière ligne du domaine d’application.

Lisez quelles sont ces deux conditions. Un matériau tendre que l’on serre. Un trou surdimensionné. Ce sont les deux situations dans lesquelles on prend une rondelle tout court, et la norme de la rondelle ordinaire les renvoie toutes deux aussitôt, avec l’instruction d’aller vérifier.

Et la série large les reprend

La norme suivante est la même rondelle avec un diamètre extérieur plus grand. Son domaine d’application reprend les mêmes classes de dureté et la même liste de fixations, puis une phrase que la série normale n’a pas : ces rondelles sont destinées à être utilisées lorsque des pièces en matériau tendre doivent être serrées ou lorsque la pièce comporte de grands trous de passage.

Les deux mêmes conditions, dans le même ordre, passées d’un avertissement à un objet. Entre deux documents publiés la même année par le même comité, les deux cas où l’on prend habituellement une rondelle sont déclinés par l’un et revendiqués par l’autre.

Puis vient la réserve, qui mérite qu’on ralentisse. « Dans ce dernier cas, il convient néanmoins de vérifier que l’épaisseur de la rondelle convient. » (traduction) Ce dernier cas est le trou surdimensionné. Pour un trou trop grand pour soutenir la rondelle sous la tête, la grandeur que nomme la norme n’est pas le diamètre extérieur. C’est l’épaisseur, car une rondelle non soutenue au-dessus d’un grand trou est sollicitée en flexion plutôt qu’en répartition.

Combien de surface en plus on obtient réellement

Prenons M8 dans les trois tableaux. Valeurs nominales, toutes lues dans les tableaux de dimensions publiés.

La face d’appui est la couronne entre ces deux diamètres ; son aire vaut donc π/4 fois la différence des carrés. Ce calcul est le nôtre.

• Normale : 145,6 mm²
• Large : 397,0 mm², soit 2,73 fois la normale
• Très large : 552,1 mm², soit 3,79 fois

Deux choses en découlent. L’épaisseur ne passe que de 1,6 à 2 puis à 3 ; donc l’aire est multipliée par 3,8 quand l’épaisseur l’est par 1,9. Et la rondelle très large a un trou plus grand, 9,00 contre 8,40 ; six dixièmes de millimètre de son diamètre extérieur supplémentaire servent donc à un jeu plus large plutôt qu’à la face d’appui.

La plus grande rondelle est la plus tendre

Lisez maintenant le troisième domaine d’application, et remarquez qu’il n’est pas du tout une version agrandie des deux premiers.

Alignons les trois classes de dureté, ce qui est notre comparaison et non quelque chose que les documents présentent côte à côte. Série normale : 200 HV ou 300 HV. Série large : 200 HV ou 300 HV. Série très large : 100 HV. La rondelle dont la face d’appui est près de quatre fois plus grande est celle qui est fabriquée avec la moitié de la dureté de l’option la plus tendre des deux autres, dans le grade de produit inférieur, et elle nomme son application dans les derniers mots de son propre domaine d’application.

La conséquence mérite d’être dite clairement, car elle inverse l’instinct habituel. Si vous voulez plus de face d’appui sous une vis de classe de qualité 10.9, la rondelle très large n’est pas la réponse que donnent les normes. Elle n’est pas prévue pour cette vis. La plus grande rondelle que les trois documents proposent pour 10.9 est la série large en 300 HV, soit, en M8, le facteur 2,73 ci-dessus.

Rien de tout cela ne dit si l’une de ces rondelles protégera un matériau donné, et cette page ne s’y essaie pas. Le choix de la rondelle pour un assemblage relève des limites de pression superficielle, et aucune limite n’apparaît dans les trois normes lues ici.

Ce que contiennent réellement les trois documents

À elles trois, ces normes ISO pour un anneau plat percé contiennent : des classes de dureté, des grades de produit, des plages de dimensions nominales, des listes des classes de qualité de fixations auxquelles convient chaque classe de dureté, des diamètres intérieurs et extérieurs, des épaisseurs, une rugosité de surface, et un ensemble de tolérances renvoyé à une autre norme.

Ce qu’elles ne contiennent pas, c’est un énoncé de la mécanique. Rien sur la pression, rien sur la distance de diffusion d’une charge sous une tête, rien sur le cône que l’on dessine. Ce qui s’en approche le plus, c’est une phrase du document du milieu indiquant à quelles deux situations ses rondelles sont destinées, et une phrase du premier disant que, précisément dans ces deux situations, il faut aller vérifier.

Ce site a déjà parcouru le sujet des rondelles, par un autre côté : la page sur pourquoi le cuivre autour d’un trou n’est pas une rondelle et celle sur la rondelle éventail inscrite sur une liste d’interdiction pour la liaison équipotentielle. Ni l’une ni l’autre n’est reprise ici.

Ce qu’il faut en retenir

• La série normale nomme deux situations et vous laisse les vérifier : un matériau tendre serré, et un grand trou de passage
• La série large revendique ces deux mêmes situations comme objet. Même année, même comité, traitement opposé
• Pour le trou surdimensionné, la série large nomme l’épaisseur, pas le diamètre extérieur
• En M8, les faces d’appui mesurent 145,6, 397,0 et 552,1 millimètres carrés, soit un rapport de 1, 2,73 et 3,79, d’après notre calcul sur les diamètres publiés
• L’aire croît plus vite que l’épaisseur, 3,8 fois contre 1,9
• La rondelle très large a un trou plus grand ; une partie de son diamètre supplémentaire achète donc du jeu plutôt que de la face d’appui
• La rondelle très large est en 100 HV, grade de produit C, et n’est prévue que jusqu’à la classe de qualité 6.8, dans le bois
• La plus grande rondelle disponible sous une vis 10.9 est donc la série large en 300 HV, et non la très large
• Aucune limite de pression superficielle n’apparaît dans les trois ; aucune ne dit donc si le matériau en dessous résistera

La question demandait pourquoi une rondelle répartit la contrainte. Les trois documents qui définissent les rondelles n’y répondent pas, et c’est le constat, pas un reproche. Ce sont des normes dimensionnelles assorties d’une classe de dureté, et la seule phrase fonctionnelle de l’ensemble est une ligne sur deux situations, dans le document du milieu.

Elles ne disent pas non plus de quel côté elle se place. Le seul document qui devait trancher ce point est une norme d’essai, et elle immobilise la rondelle pour qu’elle ne puisse pas tourner au lieu de désigner une extrémité de la vis.

Cet article ne relève pas d’une seule des six étapes : il en traverse plusieurs ou intervient après l’assemblage. Les décisions qui y conduisent sont présentées dans l’article anglais Specifying a screw.

Questions fréquentes

Les normes de rondelles plates disent-elles à quoi sert une rondelle ?

Une seule des trois. La norme de la série large indique que ses rondelles sont destinées à être utilisées lorsque des pièces en matériau tendre doivent être serrées ou lorsque la pièce comporte de grands trous de passage. La norme de la série normale nomme les deux mêmes situations mais demande à l’utilisateur de vérifier l’aptitude technique de ce type de rondelle, et la norme de la série très large énonce une application plutôt qu’une fonction.

Combien de face d’appui en plus apporte une rondelle de série large ?

En M8, la série normale fait 16,00 mm à l’extérieur sur un trou de 8,40 mm, et la série large 24,00 sur le même trou. En traitant la face d’appui comme la couronne entre les deux, notre calcul donne 145,6 et 397,0 millimètres carrés : la série large vaut donc 2,73 fois la normale. La série très large, 28,0 sur un trou de 9,00, donne 552,1 millimètres carrés, soit 3,79 fois.

Pourquoi la norme de la série large mentionne-t-elle l’épaisseur ?

À cause du second de ses deux cas. Elle indique qu’en présence de grands trous de passage, il convient de vérifier que l’épaisseur de la rondelle convient. Une rondelle qui enjambe un trou trop grand pour la soutenir doit résister à la flexion, et c’est l’épaisseur, non le diamètre extérieur, qui gouverne cela.

La rondelle très large est-elle simplement une version agrandie de la normale ?

Non. Elle est spécifiée en classe de dureté 100 HV et en grade de produit C, contre 200 HV et 300 HV en grade de produit A pour les deux autres. Elle convient aux vis de grade de produit C de classes de qualité jusqu’à 6.8 inclus et aux écrous jusqu’à 6 inclus, utilisés dans les structures en bois.

Quelle rondelle placer sous une vis de classe de qualité 10.9 ?

Cette page ne donne pas de conseil de choix. Ce qu’elle peut rapporter, c’est que, des trois normes lues, seules les séries normale et large indiquent une classe de dureté convenant jusqu’à 10.9, à savoir 300 HV. La série très large n’est prévue que jusqu’à 6.8 ; elle ne fait donc pas partie des options que ces documents proposent pour une vis 10.9.

Quelles classes de dureté existent pour les rondelles plates ?

Dans ces trois normes, 200 HV et 300 HV pour les séries normale et large en grade de produit A, et 100 HV pour la série très large en grade de produit C. Il s’agit de dureté Vickers, mesurée selon une norme distincte qui n’a pas été lue pour cette page.

Les normes disent-elles quelle pression le matériau sous la rondelle peut supporter ?

Non. Aucune limite de pression superficielle n’apparaît dans les trois. Elles donnent des classes de dureté, des dimensions, des épaisseurs et une rugosité de surface, et renvoient les tolérances à un autre document. Savoir si le matériau serré résistera n’est pas une question à laquelle elles répondent.

Une rondelle plus épaisse répartit-elle la charge plus loin ?

Cette page ne l’affirme pas, parce qu’aucune des trois normes ne l’affirme. Ce que dit la norme de la série large est plus restreint : lorsque le trou de passage est grand, vérifier l’épaisseur. C’est un énoncé sur la dimension à vérifier, pas sur la distance que parcourt une charge.

Pourquoi, exactement, une rondelle aide-t-elle à répartir la contrainte ?

Cette page ne traite pas la mécanique et n’essaie pas de le faire. Elle rapporte ce que contiennent les normes de produit : des dimensions, des classes de dureté, des listes de classes de qualité de fixations compatibles, et une phrase d’objet déclaré dans le document du milieu.

Références

• ISO 7089:2000, Plain washers, Normal series, Product grade A. Aperçu gratuit de 9 pages, avec le domaine d’application et le tableau des dimensions préférentielles
• ISO 7093-1:2000, Plain washers, Large series, Part 1: Product grade A. Aperçu gratuit de 9 pages, avec le domaine d’application et le tableau des dimensions préférentielles
• ISO 7094:2000, Plain washers, Extra large series, Product grade C. Aperçu gratuit de 8 pages, avec le domaine d’application et le tableau des dimensions préférentielles
• La question, sur un site public de questions d’ingénierie (en anglais). 24 votes, 5 réponses

Trois aperçus gratuits ont été lus, un par série : série normale, série large et série très large, toutes publiées en 2000. Chaque aperçu comporte le domaine d’application complet et le tableau des dimensions préférentielles. Chaque phrase citée et chaque dimension ont été vérifiées sur une image rendue de la page plutôt que sur le texte extrait. Les éléments suivants sont nos propres calculs et comparaisons, et non des énoncés de l’un des trois documents : les faces d’appui de 145,6, 397,0 et 552,1 millimètres carrés, obtenues en traitant la face d’appui comme la couronne entre le trou nominal et le diamètre extérieur nominal ; les rapports 2,73 et 3,79 ; l’observation que l’aire est multipliée par 3,8 quand l’épaisseur l’est par 1,9 ; la remarque que la série très large a un trou de passage plus grand que les deux autres ; et la lecture côte à côte des trois classes de dureté. Aucune norme lue ici ne place les trois séries côte à côte ni ne fait cette comparaison. Cette page n’explique pas la mécanique de la répartition des contraintes, ne donne aucun conseil de conception ou de choix et n’affirme pas qu’une rondelle protégera un matériau, car aucune limite de pression superficielle n’apparaît dans les trois. La norme de plan général des rondelles, la norme de tolérances des rondelles et la méthode d’essai de dureté Vickers sont citées par ces documents et aucune n’a été lue ici ; les tableaux des dimensions non préférentielles ne sont pas utilisés. La question provient d’un site public de questions d’ingénierie et non des outils de forum qu’utilise habituellement ce site, toujours indisponibles. Nous avons lu la question et non ses réponses, et aucun nom d’utilisateur n’apparaît ici.