Ce que « il a passé l’essai de vibration » ne dit pas

L’essai dit à quoi il sert, et c’est plus restreint qu’on ne le croit

Les dispositifs de freinage sont classés par un essai de vibration transversale, la famille d’essais lancée par Gerhard Junker à la fin des années 1960. Dans la série aérospatiale, il est codifié sous le nom d’ISO 16130. Deux phrases de son domaine d’application décident de la façon de lire le reste de cette page :

Le même article ajoute que la norme est principalement destinée aux travaux de développement. Un classement est donc exactement ce que l’essai produit, et c’est tout ce qu’il prétend produire. La personne qui demandait quelle rondelle était la deuxième meilleure posait précisément la question à laquelle l’essai est conçu pour répondre. Le problème commence une étape plus loin, quand un rang est lu comme une durée de vie.

Comment la condition d’essai est choisie — la partie à connaître

La procédure a deux moitiés. La seconde essaie votre dispositif. La première décide contre quoi il sera essayé, et elle se fait sur un assemblage sans aucun dispositif de freinage, monté de la même manière et avec les mêmes paramètres.

Mesurez ce que cela signifie. La condition n’est pas une condition de service et n’a jamais été conçue comme telle. C’est l’amplitude de mouvement transversal qui détruit un assemblage nu en moins de trois cents cycles, mesurée sur ce banc précis. Un dispositif qui y survit a survécu à quelque chose d’étalonné pour être fatal, ce qui est la bonne façon de mener une comparaison et la mauvaise façon de lire une garantie.

Cela explique aussi pourquoi la norme dit que les résultats ne sont pas transposables d’une machine à l’autre. Le déplacement de référence découle de la répartition des raideurs propre au banc ; deux laboratoires qui essaient la même rondelle n’appliquent donc pas la même sévérité, sauf s’ils le précisent.

Les valeurs par défaut, et la phrase qui permet de les changer

L’article 7 donne des réglages types pour les éléments autofreinés, que la norme énumère comme écrous, rondelles, goupilles fendues et fil à freiner :

Deux de ces lignes méritent un second regard. La longueur serrée est spécifiée aussi courte que la géométrie le permet, et une longueur serrée courte est précisément la condition dans laquelle un assemblage perd la plus grande part de sa précharge pour un tassement donné, comme le détaille Les deux défaillances que l’on appelle toutes deux desserrage. L’essai n’est pas indulgent.

Vient ensuite la ligne la plus importante pour quiconque compare les affirmations de deux fournisseurs : d’autres réglages d’essai peuvent être définis par le demandeur de l’essai. La norme énumère aussitôt les quatre éléments qui doivent alors être indiqués sans ambiguïté pour que le résultat soit reproductible : effort de serrage initial, fréquence d’essai, déplacement transversal effectif, et la façon dont le montage a été adapté à la longueur de la fixation. Ces quatre éléments expliquent pourquoi deux affirmations « essai de vibration réussi » ne sont pas forcément comparables, et ce sont eux qu’il faut demander.

Aucune charge axiale n’est appliquée

Le principe de l’essai tient en un paragraphe et contient une phrase qui surprend. La fixation est serrée à un effort de serrage défini puis soumise à une sollicitation transversale dynamique, et aucun effort de service axial supplémentaire n’est appliqué. Ce que l’on mesure, c’est la variation de l’effort de serrage en fonction du nombre de cycles.

Le classement d’un dispositif de freinage a donc été établi sur un assemblage qui ne porte rien d’autre que sa propre précharge. C’est voulu, car cela isole le mécanisme : c’est le glissement transversal qui fait tourner une vis, pas la traction axiale. Mais cela signifie aussi que l’essai n’a rien dit d’un assemblage qui porte en plus une charge axiale variable, ce qui est une autre défaillance, avec son propre modèle, décrite dans La vis est un ressort, et tout ce qu’elle serre aussi.

La liste des conditions qui mettent fin à l’essai mérite elle aussi une lecture lente. Un essai s’arrête après un nombre de cycles spécifié, à la rupture de la vis, à la perte totale de l’effort de serrage, ou à la stabilisation de l’effort de serrage résiduel. Cette dernière n’équivaut pas au maintien de l’effort de serrage. Un assemblage tombé à une fraction de sa précharge et qui a ensuite cessé de baisser s’est stabilisé, et ce qu’il a conservé est un chiffre du rapport, pas quelque chose que porte le mot « réussi ».

Que faire du classement

Rien de tout cela ne rend le classement faux. Un essai comparatif mené dans des conditions déclarées est un vrai résultat, bien meilleur qu’une opinion ; c’est pourquoi ce site écrit volontiers qu’une paire de rondelles à coins est efficace en essai de vibration transversale et qu’une rondelle Grower ne l’est pas. Ce que fait la norme, c’est vous dire de quel type d’affirmation il s’agit.

La meilleure réponse de la discussion s’accorde bien avec tout cela. Si l’assemblage ne doit pas tourner du tout, le dispositif honnête est celui qui interdit la rotation plutôt que d’y résister, et il a son propre prix, décrit dans La précharge finale est celle que le trou a permise. La position de chaque contre-mesure face aux deux modes de défaillance figure dans le tableau de Pourquoi les vis se desserrent, et ce que fait réellement chaque type de rondelle se trouve dans Les rondelles expliquées. Le cas d’une contre-mesure inscrite dans une norme puis retirée est traité dans Le contre-écrou.

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

Quelle rondelle de freinage est la deuxième meilleure ?

C’est exactement la question à laquelle un essai de vibration transversale doit répondre, et l’ISO 16130 indique dans son domaine d’application qu’elle produit une évaluation comparative dans des conditions définies. Elle indique aussi qu’un essai selon la norme ne permet pas d’affirmation absolue sur le comportement de freinage sous charges de service. Un rang est donc disponible, une durée de vie non. Avant d’utiliser un rang, demandez à quel déplacement transversal il a été obtenu, car la norme le fixe par banc et non de façon universelle.

Qu’est-ce que l’essai Junker ?

La famille d’essais de vibration transversale mise au point par Gerhard Junker à la fin des années 1960 : on fait glisser les pièces serrées l’une sur l’autre tout en enregistrant l’effort de serrage en fonction du nombre de cycles. Dans la série aérospatiale, elle est normalisée sous l’ISO 16130. C’est le glissement des faces serrées, et non la traction axiale, qui fait tourner une vis.

Comment l’amplitude de vibration est-elle choisie ?

En détruisant d’abord un assemblage non freiné. L’ISO 16130 fait essayer à l’opérateur un assemblage sans dispositif de freinage, monté avec les mêmes paramètres, en faisant varier la course jusqu’à trouver le déplacement transversal pour lequel la précharge est entièrement perdue en 300 plus ou moins 100 cycles de charge. Cela doit être établi trois fois sur des pièces neuves, et devient la condition de l’essai qui suit. Les réglages types sont donnés séparément : plus ou moins 0,5 mm jusqu’à M12 et 0,8 mm au-delà, à 12,5 Hz.

Les résultats d’essai de vibration de deux fournisseurs sont-ils comparables ?

Pas automatiquement. La norme indique que d’autres réglages d’essai peuvent être définis par le demandeur, puis énumère quatre éléments à indiquer sans ambiguïté pour qu’un résultat soit reproductible : l’effort de serrage initial, la fréquence d’essai, le déplacement transversal effectif et la façon dont le montage a été adapté à la longueur de la fixation. Si une affirmation ne comporte pas ces quatre éléments, elle n’est pas comparable à une autre qui les comporte.

L’essai applique-t-il une charge de service à l’assemblage ?

Non. Le principe de l’essai indique que la fixation est serrée à un effort de serrage défini et soumise à une sollicitation transversale dynamique sans effort de service axial supplémentaire. Cela isole le mécanisme de desserrage spontané, mais signifie aussi que le résultat ne dit rien d’un assemblage qui porte en plus une charge axiale variable.

Références

• ISO 16130:2015 — série aérospatiale, essai dynamique du comportement de freinage des assemblages vissés sous sollicitation transversale (essai de vibration) ; article 1 domaine d’application, article 4 principe de l’essai, article 5.3 exigences relatives à l’appareillage, article 6 essais de référence et de vérification, article 7 réglages d’essai
• ISO 16047 — éléments de fixation, essais couple/tension ; la seule référence normative de l’ISO 16130
• NASA RP-1228, Fastener Design Manual — la source citée dans la discussion d’origine, et l’origine de l’évaluation des rondelles fendues citée ailleurs sur ce site
• r/AskEngineers — la discussion à l’origine de cette page

L’ISO 16130:2015 a été lue à partir de l’aperçu PDF public, qui contient le sommaire et les articles 1 à 7 en entier. Tout ce qui est cité ci-dessus provient de ces articles. L’aperçu s’arrête avant l’article 8, Évaluation ; cette page ne rapporte donc aucun critère d’acceptation : ce que la norme considère comme réussi, et si elle fixe un effort de serrage résiduel, nous ne l’avons pas lu. Les tableaux d’effort de serrage mentionnés à l’article 7 sont eux aussi hors de l’aperçu ; seule la règle énoncée dans le texte de l’article, soixante-quinze pour cent de l’effort de serrage ultime calculé, est donnée ici, sans aucune valeur tabulée. Nous n’avons aucun rapport d’essai pour un produit nommé et n’affirmons rien à son sujet. La norme ferroviaire allemande sur les dispositifs de freinage définit elle aussi un essai de type Junker ; nous ne l’avons pas lue et rien ici ne lui est attribué. Une correction sur ce site : notre page expliquant pourquoi les vis se desserrent reliait l’ISO 16130 au numéro de catalogue 54151, qui est l’ISO 11277, une norme sur la qualité du sol. Le bon numéro est 55728, et le lien a été corrigé.