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Page mise à jour le 25 septembre 2022

Connaissances de base
Les vis, les écrous et les pièces annexes

Sommaire :

Connaissances de base
Les vis, les écrous et les pièces annexes

Texte en cours d'écriture...

Histoire  

Là encore, il est bien difficile de remonter aux premiers systèmes de vis et écrous. Cependant, il apparaît que le fil d’origine (filetage) ait été inventé par le philosophe grec Archytas de Tarentum vers 400 avant JC bien qu'on trouve trace de fixations hélicoïdales sur des bijoux de plus de 4000 ans... Il y a bien sûr la vis d'Archimède (287 avant JC - 212 avant JC) créée pour relever l'eau, mais ce n'est pas à proprement parler une vis de fixation. Il semble par la suite que les Romains utilisaient du bronze ou même de l'argent pour fabriquer des vis en enroulant un fil sur le corps de la vis puis en le soudant (comment ? avec quoi ?).

Les premiers exemples concrets de systèmes vis-écrous restent les pressoirs en bois qui dateraient de l'antiquité romaine puis, à la Renaissance les vis sont utilisées dans la fabrication des bijoux, des armures, des horloges et autres matériels. Léonard de Vinci, encore lui, développa alors des méthodes pour leur usinage. Toutefois, elles continueront à être fabriquées à la main et sans normalisation, jusqu'au début du XIXème siècle. Ce n'est qu'à ce moment que leur fabrication devint industrielle. Chaque fabricant utilisa alors ses propres formes et règles de fabrication jusqu'à ce que la normalisation intervienne à partir du milieu du XIXème siècle pour permettre d'harmoniser leurs utilisations.

Principe de la vis  

La vis n'est ni plus ni moins qu'un coin qu'on enfonce de force pour bloquer deux pièces entre-elles. Ce coin est de forme hélicoïdale et est serré par rotation. Sa fixation est assurée par les forces de frottement qui existent entre la matière de la vis et la matière dans laquelle elle est insérée ainsi que par la charge introduite en serrant (cf. le paragraphe Serrage ci-dessous ainsi que le paragraphe Frottement dans la page Roulements).

Vocabulaire  

À partir d'ici, il ne sera question que des vis, écrous et pièces rencontrées en mécanique à l'exception de quelques vis à bois qu'on pourra rencontrer en marquetterie automobile.

La vis est la partie mâle d'un assemblage. Il s'agit d'un cylindre fileté muni d'une tête. L'écrou est la partie femelle dans laquelle on peut visser une vis. L'ensemble de ces deux pièces constitue un boulon. Dans le langage commun, le mot « boulon » est souvent employé à tort pour désigner un écrou seul ou une vis seule.

À suivre...

Formes et dimensions  

La tête de la vis

Les têtes de vis peuvent avoir différentes formes, voici les plus fréquentes :

  • Tête hexagonale, la plus classique et la plus fréquemment rencontrée.
  • Vis à tête hexagonale
    Vis à tête hexagonale © DR
  • Tête six pans creux, ou hexagonale creuse (HC), ou cylindrique hexagonale creuse (CHC) ou BTR.
  • Vis à tête hexagonale creuse
    Vis à tête hexagonale creuse © DR
  • Tête fraisée à six pans creux.
  • Vis à tête fraisée à six pans creux
    Vis à tête fraisée à six pans creux © DR
  • Tête bombée à six pans creux.
  • Vis à tête bombée à six pans creux
    Vis à tête bombée à six pans creux © DR

En France, la forme de la tête est indiquée par une ou plusieurs lettres :

  • sans tête : A
  • cylindrique : C
  • fraisée : F
  • goutte de suif : G
  • hexagonale : H
  • Japy : J
  • carrée : Q
  • ronde : R
  • cylindrique basse : cz
  • bombée : B
  • bombée Large : BL
  • à embase : D
  • à embase centrée : F
  • à créneaux : K
  • à collerette : T

Cette dénomination peut être complétée par le type d'entraînement :

  • collet carré : CC
  • ergot : EG
  • six pans creux : Hc
  • fente : S
  • cruciforme : H (Phillips)
  • cruciforme : Z (Pozidriv)
  • six lobes internes : X (Torx)
  • Dombo be : DB

Le filetage

Le filetage de la vis peut être total ou partiel.

Pas à droite

Le nom « pas à droite » désigne le sens de rotation du filetage. En règle générale, si rien n’est précisé, le sens de vissage d’une vis est vers la droite. Cela signifie qu’une vis s’enfonce dans un matériau en tournant dans le sens des aiguilles d’une montre. Cette habitude s’explique par le fait que la majorité des personnes sont droitières et peuvent visser avec davantage de force dans le sens horaire.

Pas à gauche

Le « pas à gauche » se visse dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, c’est-à-dire vers la gauche. Ce type de filetage s’utilise lorsque que le vissage entre en concurrence avec une force de sens inverse et qu’il y a donc un danger de dévissage : ce peut être le cas, notamment, de la fixation d’un tambour de roue sur une fusée ou les pales d’un ventilateur. On rencontre également ce pas inversé dans les installations de gaz, mais c'est hors propos ici.

Norme ISO et système métrique

À suivre...

Normes anglo-saxonnes

Évidemment, là tout se complique... Il y a plusieurs normes et formes et dimensions de filetages.

Commençons par les noms :

  • UNC = Unified National Coarse ; il s'agit du pas normal américain
  • UNF = Unified National Fine ; il s'agit du pas fin américain
  • UNEF = Unified National Extra Fine ; il s'agit du pas extra fin américain
  • BSW = British standard WhitWorth ; il s'agit du pas normal anglais
  • BSF = British standard Fine ; il s'agit du pas fin anglais qui a été adopté à la place du précédent qui avait tendance à se dévisser avec les vibrations.

Dans l’industrie automobile britannique les quatre formats de pas de vis se sont succédés à peu près de la façon approximative suivante (avec évidemment des exceptions) :

  • Jusqu’aux années 30, c’est généralement le format Whitworth (BSW) qui était utilisé ;
  • Entre 1930 et 1950, le Whitworth coexiste avec le BSF ;
  • Entre 1950 et 1970, les formats précédents sont remplacés par deux formats de pas de vis nouveaux, le format US utilisé aux États Unis, renommé UNC et UNF en Grande Bretagne. En fait, l’UNC est rare, la plupart du temps, c’est l’UNF qui a été utilisé ;
  • Depuis les années 70, la boulonnerie en métrique se généralise mais on rencontre encore de l’UNF (coéxistant avec du métrique parfois d’origine sur une même voiture).

Bien entendu, aucun de ces quatre pas de vis n’est compatible avec les autres...

Une petite anecdote pour corser le tout : Des années 20 à 1955, MG a utilisé pour ses moteurs des écrous et des boulons avec un pas de filetage métrique mais avec des têtes nécessitant des clés au format Whitworth ! En fait, système D : Ces moteurs furent construits en utilisant des machines-outils d’occasion, rachetés à un constructeur français. Elles étaient donc conçues pour produire des filetages milimétriques. En revanche, pour l’automobiliste ou le garagiste anglais de l’époque, il était plus facile de trouver des clés au format local que des clés milimétriques.

À suivre...

La classe de qualité ou de résistance

Norme ISO et système métrique

Selon la norme ISO 898-1 de mai 2013, la classe est notée par deux nombres entiers n1.n2 par ex. « 5.6 », « 8.8 », « 10.9 » ou « 12.9 ». Le premier nombre représente la résistance à la rupture de l'acier en MPa (ou N/mm2) Rm = n1×100 MPa et le second représente le rapport entre la limite élastique Re et la résistance à la traction Rm, Re = 0,1×n2×Rm ou Re = 10×n2%×Rm.

Exemple : une vis de qualité 5.6 a une résistance à la rupture garantie Rm = 5×100 = 500 MPa et une limite élastique garantie Re = 0,6×500 = 300 MPa, ou encore Re = 10×(5×6).

ClasseRm
MPa
Re
MPa
4.6400240
4.8400320
5.8500400
8.8800640
9.8900720
10.91000900
12.912001080
14.914001260

Attention ! les classes sont indiquées sur les têtes de vis à l'exception des classes 4.6, 4.8 et 5.8 qui ne le sont pas systématiquement.

Classe de qualité
Classe de qualité © DR

Pour les aciers inox, la notation est différente et la classe n'est pas indiquée. Les inox A2 et A4 contiennent 17 à 18% de chrome (Cr) et 8 à 13% de nickel (Ni) et l'inox A4 possède en plus 3% de molybdène (Mo) :

ClasseRm
MPa
Re
MPa
50500210
70700450
80800600

Normes anglo-saxonnes

Les classes sont indiquées en « grade » et sont représentées par des traits sur la tête de vis. Les résistances sont différentes de celles du système ISO et sont exprimées en « psi » (1 MPa vaut 145,1 psi) et sont variables en fonction du diamètre (exprimé en pouces)...

GradeDiamètre
"
Rm
psi
Re
psi
2de 1/4 à 3/4"
de 3/4 à 1-1/2"
5de 1/4 à 1"
de 1 à 1-1/2"
5.2de 1/4 à 1-1/2"
7de 1/4 à 1-1/2"
8de 1/4 à 1-1/2"
8.2de 1/4 à 1-1/2"

À suivre...

Pièces annexes  

Clés de serrage

Il y a bien sûr d'un côté les clés métriques que tout le monde connaît et sur lesquelles je ne m'étendrai pas.

Chez les anglo-saxons, c'est plus complexe là encore.

Les clés en pouces, sont de plusieurs formats différents ; les deux plus courants sont l’imperial et le Whitworth. Les clés Whitworth étaient plus grandes que les clés Imperial qui apparurent ensuite. Puis, pour simplifier, les têtes des vis et les écrous au format Whitworth ont été réduits, afin de les rendre compatibles avec les clés Imperial.

Donc selon l'époque de votre auto, un jeu au format Imperial suffira sinon, il faudra posséder les deux jeux.

Résumé des correspondances :

Imperial ou BSFWhitworth ou BSWValeur en mmÉquivalence métrique*
3/161/8  
1/43/166,35 
5/161/47,948
3/85/169,52 
7/163/811,1111
1/29/1612,7013
9/161/214,29 
5/89/1615,8816
11/165/817,46 
3/411/1619,0519
7/83/422,22 
17/825,40 

* Attention ! Rares sont les écrous en pouces qu’on peut dévisser avec des clés en milimètres, sous peine de les arrondir et/ou d’abîmer les clés. Toutefois, quelques formats en pouces peuvent être remplacés par des clés ou douilles métriques sans problème, en raison de la proximité de leurs dimensions. Ils sont indiqués dans cette colonne.

À suivre...

Serrage  

À suivre...

Lexique franco-anglais  

Les unités de mesure sont détaillées sur la page Unités de mesure mais reprenons deux termes :

  • Le pouce (inch), noté in ou " vaut à 2,54 cm (depuis 1959 seulement car auparavant, les pouces américain, canadien et anglais différaient très légèrement) ;
  • Le thou vaut 1/1000 de pouce.
FrançaisAnglaisFrançaisAnglais
vis filetée sur toute sa longueurscrewvis filetée partiellementbolt
écrounutgoujon (fileté à ses deux extrémités avec une partie centrale lisse)stud
tête de visheadfiletagethread
pas du filetagepitchrondellewasher
coupletorque

À suivre...

 

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