La classe vide a reçu ses chiffres, et une recette d’anti-grippant

Le document est le Report of the National Screw Thread Commission, révision de 1928, approuvé le 22 juin 1928 et imprimé en 1929 sous le titre Miscellaneous Publications du Bureau of Standards n° 89. Sa propre préface le présente comme le troisième rapport, révision du rapport de 1924 ; la séquence est donc rapport d’avancement de 1921, rapport de 1924, révision de 1928. C’est une publication du gouvernement des États-Unis, et le scan complet se trouve sur l’Internet Archive.

Un changement de cette préface mérite d’être noté à part. La désignation des normes promulguées par la commission est passée de National à American National. C’est de là que vient le préfixe, et il est daté.

D’où venaient les chiffres

L’annexe dit d’où elle les tient, et la réponse sera familière à quiconque a lu les autres documents de ce site. Les spécifications provisoires reposent en partie sur des données expérimentales issues d’une étude menée par le Bureau of Standards, et en partie sur des données fournies par des fabricants sur la pratique existante.

Moitié expérience, moitié enquête sur ce que faisaient déjà les ateliers. Whitworth avait fait la moyenne des ateliers anglais en 1841, le comité de Philadelphie avait retenu en 1864 ce qu’il appelait une juste moyenne des proportions en usage, et la commission de 1920 avait dimensionné ses tolérances d’après les tarauds déjà en vente. L’instrument ne change pas ; ici, il est simplement associé à un laboratoire.

Et ce n’est toujours pas terminé. Les spécifications sont complètes seulement pour les goujons implantés dans des matériaux durs, à savoir fonte, acier et bronze, et ne sont pas complètes pour les goujons implantés dans l’aluminium, pour lesquels une interférence de métal plus grande est admissible.

Ce qu’est devenue la classe

La définition est passée de la main sur la clé à la machine : goujons filetés et trous taraudés assemblés de façon permanente à la machine. Et le profil du filetage lui-même est modifié pour cette classe. On utilise le profil American National, mais le sommet du filet du trou taraudé est davantage tronqué que la normale, de sorte que la profondeur minimale de recouvrement des filets est la moitié de la hauteur de base du filet.

Deux chiffres à connaître

Le premier concerne la longueur de l’assemblage. Les tolérances et les écarts reposent sur une longueur d’engagement d’une fois et demie le diamètre extérieur de base pour les goujons implantés dans des matériaux durs, et de deux fois pour les matériaux tendres. Et la raison de la plus longue est donnée : deux diamètres sont particulièrement souhaitables pour les goujons implantés dans des matériaux tendres lorsqu’ils sont soumis à des contraintes alternées ou à des vibrations.

Le second est celui à retenir, car c’est une décision de conception touchant à la maintenance. Les interférences minimales sont fixées de sorte qu’un ajustement serré à la clé soit obtenu dans tous les cas et que, si les surfaces des filets sont lisses et le profil conservé, elles permettent de démonter et de remonter le même goujon dans le même trou jusqu’à quatre fois tout en donnant encore un ajustement serré à la clé satisfaisant.

Quatre. Un ajustement serré assorti d’un nombre spécifié de démontages autorisés. Pas un avertissement, pas une règle empirique : le nombre autour duquel la bande d’interférence a été tracée.

Les interférences maximales sont fixées par l’autre bout. Elles sont choisies de sorte que, si les filets sont bien lubrifiés, il n’en résulte ni grippage ni blocage, et que les goujons en acier doux, même dans les petites dimensions, ne cassent pas si la vitesse de montage n’est pas excessive. Les tolérances du trou taraudé sont les mêmes que pour la classe 4, ajustement serré, ce qui, note l’annexe, impose l’emploi de tarauds à filets rectifiés.

Le lut

Le mot qu’emploie l’annexe pour le lubrifiant est lute, c’est-à-dire un lut, et elle en donne deux. C’est une norme nationale qui, en 1928, imprime une formulation anti-grippage par proportions et par taille de tamis.

Ces textes sont cités à titre historique et aucun n’est une recommandation. Le blanc de plomb est un composé du plomb et ce site ne conseille pas de l’utiliser. Ce qui mérite d’être retenu, c’est la structure du raisonnement plutôt que la chimie : la bande d’interférence a été tracée en supposant la présence d’un lubrifiant, et la norme dit lequel. Un assemblage moderne est dans la même situation ; c’est pourquoi appliquer de la pâte anti-grippage modifie le couple de serrage au lieu de simplement faciliter le montage.

Et l’autre fil qui pendait : la cote sur plats

Le rapport de 1928 contient aussi une section sur les vis et écrous à tête pour clé, et les ouvertures de clé, et sa première phrase referme la seconde boucle. Un projet auquel la commission s’est attachée très tôt était la normalisation des proportions des vis et des écrous, en particulier des cotes sur plats, en raison de l’intérêt de réduire le nombre de dimensions de barres, de filières et de clés nécessaires.

C’est la troisième fois que ce site lit cette raison dans un document de première main. Whitworth voulait en 1841 un filetage commun afin qu’un seul jeu d’outillage de filetage suffise. Le comité de Philadelphie notait en 1864 que répéter un pas sur deux diamètres favorisait l’économie d’appareils de filetage. Et voilà qu’en 1928 le même argument arrive aux clés.

Les dimensions devaient remplacer toutes les normes existantes qui s’étaient développées pour les têtes de vis et écrous commerciaux courants, et le nombre d’ouvertures de clé a été réduit en supprimant les dimensions en trente-deuxièmes de pouce et en abandonnant les dimensions peu utilisées. La norme a été publiée, sous une forme pour l’essentiel identique, comme rapport n° B18b-1926 de l’American Standards Association.

Le mécanisme est la partie à retenir, car il explique pourquoi une clé s’adapte tout simplement :

L’écrou ne peut être que plus petit que le nominal ; la clé ne peut être que plus grande. La clé entre donc toujours, et le jeu est maintenu aussi petit que les angles le tolèrent. Deux bandes de tolérance unilatérales orientées dans des sens opposés : un arrangement plus soigné que ce que la plupart des gens imaginent derrière une clé.

Une conséquence est imprimée sur l’outil. Les clés doivent porter la cote sur plats de base, c’est-à-dire la largeur maximale de l’écrou. Le chiffre d’une clé est une indication sur l’élément de fixation, pas sur l’ouverture de la clé elle-même. Les valeurs maximales et minimales du tableau de la commission sont décrites comme les dimensions de cales-étalons entre et n’entre pas servant au contrôle des clés, et ne sont pas des dimensions de produit. Ce qui fixe le chiffre au départ reste un tableau et non une formule.

Ce qu’un lecteur peut en retenir

• Une lacune dans une norme peut durer sept ans et rester provisoire. La classe a été définie en 1921, remplie en 1928, et même alors publiée en annexe, à titre d’information, en aucune façon obligatoire et incomplète pour l’aluminium
• Un ajustement serré peut avoir un nombre de réutilisations prévu dès la conception. Quatre en l’occurrence, à condition que les surfaces des filets restent lisses et que le profil soit conservé
• Le lubrifiant faisait partie du calcul des tolérances, ce n’était pas une option, et la norme en donnait la formulation
• Une clé s’adapte parce que deux tolérances sont orientées dans des sens opposés. Écrou uniquement en moins, ouverture de clé uniquement en plus, et le chiffre frappé sur l’outil est la largeur maximale de l’écrou
• La raison de normaliser n’a pas changé en près d’un siècle. Moins de dimensions de barres, de filières et de clés, écrit en 1841, 1864 et 1928

L’habitude à emprunter aux trois commissions est celle dont elles ne se sont jamais vantées. Quand elles ne savaient pas, elles l’écrivaient, publiaient la lacune et y revenaient. Le volume de 1928 est une révision qui dit quelles parties de la précédente étaient fausses, ce qui est un document plus rare qu’une norme qui paraît simplement complète.

Cet article traite de l’étape 2 : filetage. L’ordre complet est support, filetage, tête, empreinte, finition et documentation. L’article anglais Specifying a screw explique pourquoi le modifier entraîne une reprise.

Questions fréquentes

La classe d’ajustement au serrage à la clé a-t-elle fini par recevoir ses valeurs de tolérance ?

Oui, avec la révision du rapport de 1928, qui les imprime en annexe 5 sous le titre classe 5, ajustement au serrage à la clé pour goujons filetés, spécifications provisoires. Le rapport d’avancement de 1921 avait indiqué que la commission ne disposait pas d’informations ou de données suffisantes pour inclure des valeurs de tolérances et d’écarts pour ces ajustements. L’annexe de 1928 indique que ses valeurs reposent en partie sur une étude menée par le Bureau of Standards et en partie sur des données de fabricants relatives à la pratique existante.

La classe 5 était-elle obligatoire ?

Non. L’annexe précise que les spécifications sont présentées pour l’information de ceux qui pourraient en avoir l’usage, mais ne sont en aucune façon obligatoires. Elle note aussi qu’elles ne sont complètes que pour les goujons implantés dans des matériaux durs comme la fonte, l’acier et le bronze, et pas pour les goujons implantés dans l’aluminium, pour lesquels une interférence de métal plus grande est admissible.

Combien de fois un goujon à ajustement au serrage à la clé peut-il être démonté et remonté ?

L’annexe de 1928 dit quatre. Les interférences minimales spécifiées sont telles qu’un ajustement serré à la clé est obtenu dans tous les cas et que, si les surfaces des filets sont lisses et le profil conservé, elles permettent de démonter et de remonter le même goujon dans le même trou jusqu’à quatre fois tout en donnant encore un ajustement serré à la clé satisfaisant.

Quel lubrifiant la norme de 1928 prescrivait-elle pour ces goujons ?

Elle en donne deux, qu’elle appelle des luts. Un mélange de blanc de plomb et d’huile, de consistance fluide épaisse et appliqué généreusement, en particulier pour les filetages fins dans des matériaux durs. Ou un lut de 40 pour cent de poussière de zinc passée au tamis de 200 mailles et de 60 pour cent de vaseline, qui réduit sensiblement la tendance au grippage à l’interférence maximale. Ce sont des textes historiques. Le blanc de plomb est un composé du plomb et cette page ne recommande aucune des deux formulations.

Pourquoi une clé s’adapte-t-elle toujours à l’écrou ?

Parce que les deux tolérances sont orientées en sens opposés. Le rapport de 1928 indique que les cotes sur plats de base des têtes de vis et des écrous sont prises comme dimensions maximales et que leurs tolérances sont uniquement négatives, tandis que les ouvertures de clé minimales assurent un jeu positif entre l’écrou maximal et la clé minimale et que les tolérances sur les ouvertures de clé sont uniquement positives. Les tolérances sont aussi grandes que possible sans que la clé déforme les angles.

Que signifie le chiffre frappé sur une clé ?

C’est la dimension de l’écrou, pas l’ouverture de la clé. Le rapport indique que les clés doivent porter la cote sur plats de base, c’est-à-dire la largeur maximale de l’écrou. Il ajoute que les valeurs maximales et minimales de son tableau des ouvertures de clé sont les dimensions de cales-étalons entre et n’entre pas servant au contrôle des clés, et ne sont pas des dimensions de produit.

D’où vient le nom de filetage American National ?

De cette révision. La préface du rapport de 1928 indique que la désignation des normes de filetage promulguées par la commission est passée de National à American National. La même préface présente le document comme le troisième rapport, révision du rapport de 1924.

Références

• Report of the National Screw Thread Commission, révision de 1928, approuvé le 22 juin 1928, Miscellaneous Publications du Bureau of Standards n° 89, imprimé en 1929. Préface, section VIII A sur les vis et écrous à tête pour clé et les ouvertures de clé, et annexe 5 sur la classe 5, ajustement au serrage à la clé pour goujons filetés
• Le rapport d’avancement de 1921 de la même commission, qui définissait la classe et la publiait sans valeurs
• Le rapport du comité du Franklin Institute de 1864, qui fixait la cote sur plats par une formule

Le rapport est une publication du gouvernement des États-Unis et appartient au domaine public. Il a été lu à partir du texte numérisé de l’exemplaire de l’Internet Archive portant l’identifiant reportofnational89unse, sans restriction d’accès. La reconnaissance optique de caractères altère les chiffres ; les valeurs citées ci-dessus ont donc été vérifiées sur les images des pages imprimées, à savoir les pages 232 et 233 ; la plage de dimensions d’un quart de pouce à un pouce et demi a été lue sur l’image de la page en pleine résolution. Aucune valeur d’aucun tableau n’est citée ici, y compris les tableaux d’écarts et de tolérances de la classe 5 et le tableau des ouvertures de clé. Les deux formulations de lut sont rapportées comme texte historique et aucune n’est recommandée ; le blanc de plomb est un composé du plomb. Le rapport de 1924 n’a pas été lu et rien ne lui est attribué. Le volume de 1925, Miscellaneous Publications n° 61, a été téléchargé et examiné ; il ne contient aucune occurrence de l’ajustement au serrage à la clé ni de la classe 5, et rien n’en est tiré. Rien n’est affirmé sur le devenir de la classe 5 ou de ces cotes sur plats dans une norme ultérieure ou moderne, aucune n’ayant été lue pour cette page. L’annexe de 1928 indique que les tolérances sur le diamètre sur flancs de la classe 5 incluent les variations d’angle mais pas les variations de pas, tandis que la clause générale citée dans notre page sur 1921 indique que ces tolérances incluent les variations de pas et d’angle ; il s’agit d’une règle générale et d’une règle propre à une classe, et cette page n’affirme pas que l’une a révisé l’autre, les clauses générales de 1928 n’ayant pas été vérifiées ligne par ligne. Le pas de la série à pas gros pour la dimension de 3 pouces nouvellement insérée n’est pas cité, ce chiffre étant altéré dans la couche texte et non vérifié sur une image.