1. Introduction
Les fils sont les héros méconnus qui garantissent que les pièces restent ensemble dans un large éventail de secteurs., de l'automobile à l'aérospatiale.
Ils fournissent sécurisé, connexions réglables entre les composants, les rendant indispensables dans la fabrication.
Dans cet article, nous explorerons les différents types de filetages disponibles et les paramètres géométriques qui définissent leur fonctionnalité.
En approfondissant ces aspects, notre objectif est de vous doter des connaissances nécessaires pour prendre des décisions éclairées lors de la conception ou de la sélection de fixations filetées..
2. Que sont les fils?
En génie mécanique, un filetage est une crête ou une rainure hélicoïdale enroulée autour d'une surface cylindrique ou conique.
Les filetages sont essentiels pour créer des fixations telles que des vis, boulons, et des noix, et font également partie intégrante des systèmes de contrôle des fluides tels que les vannes et les tuyaux..
La fonction première des filetages est de créer une connexion mécanique entre deux pièces, leur permettant de s'emboîter en toute sécurité.
Pas de filetage:
Le pas du filetage est la distance entre les points correspondants sur les filetages adjacents. Cela affecte directement la force et la stabilité de l’articulation.
Un pitch plus fin (distance plus petite entre les fils) se traduit par un resserrement, articulation plus solide, mais peut aussi rendre le montage plus difficile.
D'autre part, un pas plus grossier est plus facile à assembler mais peut compromettre la résistance du joint.
Importance de la conception des fils:
La conception des fils ne consiste pas seulement à créer une connexion fonctionnelle : il s'agit également d'assurer le bon équilibre entre la résistance, facilité de fabrication, et performances sous charge.
Le choix du type de filetage et ses paramètres géométriques, comme la hauteur et la profondeur, peut affecter considérablement les performances du thread dans diverses applications.
3. Types de fils
Fils externes
Des filetages externes se forment sur la surface extérieure des pièces, tels que des vis et des boulons. Ces threads interagissent avec les threads internes pour créer des connexions sécurisées.
Les exemples courants incluent les filetages métriques ISO et Unified National (ET) fils de discussion, qui sont largement utilisés dans les contextes internationaux et nord-américains, respectivement.
- Filetages métriques ISO: Utilisé dans le monde entier, Les filetages ISO sont disponibles en différentes tailles, de M1.6 à M100.
Chaque taille précise le diamètre et le pas, assurer la compatibilité entre les différents fabricants. - Fils nationaux unifiés: Principalement utilisé en Amérique du Nord, Les filetages UN ont des diamètres et des pas spécifiques, allant de #0-80 UNC à 4-40 FNU.
L'amende (FNU) et grossier (UNC) les variantes répondent à différents besoins d'application.
Filetages internes
Les filetages internes forment des trous intérieurs ou des composants tels que des écrous et des inserts. Ils fonctionnent en conjonction avec des threads externes pour former des connexions stables.
Les trous taraudés et les inserts filetés illustrent ce type de filetage, garantir des solutions de fixation solides et fiables.
- Trous taraudés: Idéal pour les applications nécessitant un alignement précis et une haute résistance.
Un trou taraudé M6 standard peut gérer jusqu'à 5,000 N de force de traction, ce qui le rend adapté aux machines lourdes. - Inserts filetés: Souvent utilisé dans des matériaux plus souples comme le plastique ou l'aluminium.
Les inserts peuvent augmenter la durabilité et la fiabilité de la connexion, fournissant une solution robuste pour les assemblages et démontages répétés.
Types de formulaires de fil
- Filetage en V: La forme de fil la plus courante, caractérisé par son profil en forme de V. Il est largement utilisé dans les fixations à usage général en raison de sa robustesse et de sa facilité de fabrication..
Les filetages en V ont généralement un angle de 60°, offrant une répartition équilibrée de la charge et une production facile. - Fils carrés et Acme: Conçu pour les applications de transmission de puissance, où ils excellent dans la manipulation efficace de charges lourdes.
Leurs profils carrés et trapézoïdaux minimisent l'usure tout en maximisant la capacité portante.
Les filetages carrés peuvent atteindre des efficacités allant jusqu'à 95%, ce qui les rend idéaux pour les vis mères et les vérins. - Fils de contrefort: Optimisé pour les applications nécessitant des charges axiales élevées dans une direction, comme les presses et les étaux.
Leur conception asymétrique permet une meilleure résistance aux forces axiales. Les fils de contrefort peuvent supporter jusqu'à 70% plus de charge par rapport aux filetages en V dans les applications unidirectionnelles. - Fils d'articulation: Utilisé dans les applications où un joint est nécessaire, tels que les raccords pneumatiques. Leur forme arrondie procure un effet d'étanchéité naturel, prévenir les fuites.
Les filetages d'articulation peuvent réduire les taux de fuite jusqu'à 80%, amélioration des connexions étanches aux fluides et aux gaz. - Fils de vers: Utilisé dans les engrenages à vis sans fin pour la transmission de puissance, offrant un moyen compact et efficace de transférer un mouvement à angle droit.
Les filetages sans fin peuvent atteindre des taux de réduction allant jusqu'à 1:100, ce qui les rend inestimables dans les boîtes de vitesses et les mécanismes de direction. - Threads à démarrage unique et multi-démarrage: Les threads à démarrage unique ont une hélice continue, alors que les threads à démarrages multiples comportent plusieurs démarrages, permettant un engagement plus rapide mais potentiellement moins de force.
Les threads à démarrage multiple peuvent accélérer le processus de threading jusqu'à 50%, améliorer l'efficacité de l'assemblage.
4. Paramètres géométriques des fils
Comprendre les paramètres géométriques des filetages est essentiel pour obtenir une précision de fabrication. Voici un aperçu plus approfondi des paramètres clés:
Diamètre extérieur (Diamètre du filetage principal)
C'est le plus grand diamètre du fil, définir la taille du raccord. Pour les fils externes, c'est le diamètre le plus extérieur; pour filetage interne, c'est le plus intérieur.
Le diamètre principal garantit un ajustement et une fonction appropriés, avec des tolérances souvent spécifiées en microns pour maintenir la précision.
- Exemple: Un boulon M10 a un diamètre majeur de 10 mm, assurant un montage précis dans des écrous ou des trous taraudés compatibles.
Diamètre intérieur (Diamètre de filetage mineur)
Le plus petit diamètre du filetage a un impact sur l'épaisseur du matériau et l'engagement du filetage. Pour les fils externes, c'est le diamètre intérieur; pour filetage interne, c'est l'extérieur.
Le petit diamètre joue un rôle essentiel dans la détermination de la résistance et de la durabilité du filetage..
- Impact sur la force: Un diamètre mineur plus grand augmente l'épaisseur du matériau, améliorer la résistance du fil.
Par exemple, un M10x 1.5 le filetage a un petit diamètre d'environ 8,376 mm, contribuant à des capacités de charge plus élevées.
Diamètre de pas (Diamètre efficace)
Le diamètre auquel le pas de filetage est mesuré représente le point de contact théorique entre les filetages correspondants..
Ce paramètre est crucial pour garantir un engagement et une répartition de la charge appropriés..
- Importance: Le diamètre primitif affecte la répartition uniforme de la charge sur les flancs du filetage..
Par exemple, un M10x 1.5 le filetage a un diamètre primitif d'environ 9,026 mm, optimiser la répartition des charges et réduire les concentrations de contraintes.
Plomb
La distance le long de l'axe du fil parcourue par un seul départ en un tour complet. Dans les discussions multi-démarrages, l'avance est égale au nombre de départs multiplié par le pitch.
Le plomb influence la vitesse et l’efficacité de l’engagement des threads.
- Efficacité: Les filetages à plusieurs départs avec un pas plus grand peuvent réduire considérablement le temps d'assemblage.
Par exemple, un double démarrage M10 x 1.5 le fil a un pas de 3 mm, permettant un threading plus rapide par rapport à un thread à démarrage unique.
Angle des dents
L'angle entre les côtés des filetages influence la répartition de la charge et la fabricabilité.
Les angles courants incluent le filetage en V à 60°, qui offre un équilibre entre résistance et facilité de production.
- Effet sur la force: Un angle de 60° assure une répartition optimale de la charge, minimiser les concentrations de contraintes et maximiser la durée de vie du filetage.
Autres angles, comme le fil 29° Acme, répondre à des applications spécifiques nécessitant une haute efficacité.
Paramètres supplémentaires
- Profondeur du filetage: La distance entre la crête (haut du fil) et la racine (bas du fil).
La profondeur affecte la force, résistance à la fatigue, et performances d'étanchéité. Par exemple, l'augmentation de la profondeur du filetage peut améliorer les propriétés d'étanchéité jusqu'à 30%. - Flanc et crête: Le flanc fait référence aux côtés du fil, tandis que la crête est la surface supérieure.
Leur géométrie influence le frottement, résistance à l'usure, et engagement du fil. Des angles de flanc appropriés peuvent réduire la friction jusqu'à 20%, améliorer l'efficacité opérationnelle. - Rayon de racine: La zone arrondie à la base du fil. Un rayon plus grand améliore la durabilité en réduisant les concentrations de contraintes. Augmenter le rayon de racine même de 0,1 mm peut prolonger la durée de vie du filetage jusqu'à 25%.
5. Normes de filetage
Les normes de filetage sont essentielles pour garantir la compatibilité et l'interchangeabilité entre les différents fabricants et régions..
Ils fournissent un ensemble uniforme de spécifications qui guident la conception, production, et application de fils.
Cette section se penche sur certaines des normes de thread les plus largement reconnues., mettant en valeur leurs fonctionnalités et applications uniques.
Filetages métriques (OIN)
L'Organisation internationale de normalisation (OIN) a établi les filetages métriques comme norme mondiale pour les fixations.
Ces filetages sont spécifiés par diamètre et pas, avec des diamètres allant de M1,6 à M100 et des pas variant en conséquence.
Les filetages métriques ISO garantissent la cohérence des processus de fabrication et facilitent l'intégration transparente des composants provenant de divers fournisseurs.
- Importance: L'adoption des normes ISO favorise la compatibilité mondiale et réduit le risque de non-concordance ou d'inadaptation entre les pièces filetées..
Par exemple, un M10x 1.5 le fil est universellement reconnu, garantir une qualité et des performances constantes. - Applications: Les filetages métriques ISO sont largement utilisés dans le secteur automobile, aérospatial, machinerie, et les secteurs du bâtiment.
Leur utilisation généralisée garantit que les ingénieurs peuvent s'appuyer sur des dimensions standardisées pour des connexions fiables.
Fils standard britanniques
Les filetages British Standard englobent différents types conçus pour des applications spécifiques, en particulier dans les systèmes de plomberie et hydrauliques. Deux types importants comprennent:
- BSPP (Parallèle de tuyaux standard britannique): Les filetages BSPP comportent des flancs parallèles, fournir un joint étanche grâce à des joints ou des composés d'étanchéité.
Ils sont couramment utilisés dans les systèmes hydrauliques où la fiabilité et la durabilité sont primordiales..
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- Applications: Les filetages BSPP sont répandus dans les systèmes de plomberie européens, offrant des connexions fiables dans les conduites d’eau et de gaz. Leur conception garantit un entretien minimal et une intégrité à long terme.
- BSPT (Tuyau standard britannique conique): Les filetages BSPT utilisent une conception conique pour obtenir une étanchéité plus serrée sans matériaux d'étanchéité supplémentaires.
Ils excellent dans les applications haute pression, maintenir l’intégrité dans des conditions extrêmes.
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- Applications: Les filetages BSPT dominent les raccords de tuyauterie en Amérique du Nord, assurer des joints sécurisés dans les applications industrielles telles que les oléoducs et les gazoducs.
Norme de filetage unifiée (UTS)
Principalement utilisé en Amérique du Nord, la norme de filetage unifiée (UTS) propose un ensemble de spécifications optimisées pour les pratiques de fabrication américaines.
Les filetages UTS diffèrent légèrement des normes ISO, notamment en termes de séries de pas et de tolérances.
Les exemples courants incluent UNC (National unifié grossier) et UNF (Amende nationale unifiée).
- Différences: Discussions UTS comme 1/4-20 UNC offre des avantages uniques aux industries nord-américaines. La différence de pas et de diamètre garantit la compatibilité avec les machines et outils locaux.
- Applications: Les filetages UTS sont largement utilisés dans le secteur automobile, construction, et manufacturiers en Amérique du Nord.
Leurs spécifications répondent aux pratiques d’ingénierie de la région, assurer des connexions fiables et efficaces.
Autres normes de filetage
Plusieurs autres normes de filetage s'adressent à des applications spécialisées, assurer une performance optimale sur des marchés de niche:
- BSP (Tuyau standard britannique): Les filetages BSP sont largement utilisés dans les systèmes de plomberie européens, fournir des connexions fiables dans les conduites d'eau et de gaz.
Ils se présentent sous deux formes: BSP parallèle (BSPP) et BSP conique (BSPT), chacun adapté à différentes applications.
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- Spécialisation: Les filetages BSP répondent aux exigences uniques des systèmes de plomberie, garantissant des connexions fiables et des fuites minimales.
- TNP (Fil de tuyau national): Les filetages NPT dominent les raccords de tuyauterie en Amérique du Nord, assurer des joints sécurisés dans les applications industrielles.
Ils sont disponibles en version droite (NPSM) et effilé (TNP) versions, chacun étant conçu pour des besoins d'étanchéité spécifiques.
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- Applications: Les filetages NPT sont essentiels dans les oléoducs et gazoducs, usines de traitement chimique, et systèmes CVC, où une étanchéité fiable est essentielle.
- Fils Whitworth (BSW): Développé à l'origine au Royaume-Uni, Les threads Whitworth sont désormais moins courants mais toujours utilisés dans certaines applications héritées.
Ils ont un angle caractéristique de 55°, différent de l'angle de 60° des filetages ISO et UTS.
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- Utilisation héritée: Les filetages BSW se trouvent dans les machines et équipements plus anciens, maintenir la compatibilité avec les conceptions historiques.
- IL (Norme industrielle japonaise): Utilisé au Japon, les normes de filetage JIS sont utilisées pour une variété d'applications, y compris les vis, boulons, et systèmes de tuyauterie.
- DEPUIS (Institut allemand de normalisation): La norme allemande pour les fils, souvent utilisé dans les applications d'ingénierie automobile et mécanique.
- Sujets ACME: Couramment utilisé pour les systèmes de transmission de puissance, Les filetages ACME ont un profil trapézoïdal, ce qui leur permet de supporter de lourdes charges axiales dans les applications de mouvement linéaire,
comme dans les vis mères et les machines-outils. - Filetages trapézoïdaux: Semblable aux fils de discussion ACME, les filetages trapézoïdaux sont utilisés pour la transmission de puissance et dans les applications à forte charge.
Ces filetages ont un pas plus grand et un angle plus plat que les filetages en V traditionnels, ce qui les rend plus adaptés aux cycles de travail plus lourds.
Transition entre les normes
Lorsque vous travaillez avec des composants de différentes régions ou industries, il est essentiel de comprendre comment effectuer la transition entre les standards de thread.
Les adaptateurs et les tableaux de conversion peuvent aider à combler le fossé, assurer une intégration transparente des pièces.
Les ingénieurs doivent également prendre en compte des facteurs tels que la compatibilité des matériaux, capacité portante, et conditions environnementales lors de la sélection des filetages pour les applications multi-normes.
6. Comment la conception des threads affecte les performances
La conception des threads a un impact significatif sur leurs performances de diverses manières:
Répartition de la charge
La géométrie du filetage détermine la résistance à la traction, les charges de cisaillement et de torsion sont gérées, s'assurer que les fils peuvent résister aux contraintes imposées lors de l'utilisation.
Une bonne répartition de la charge minimise les concentrations de contraintes, prolonger la durée de vie du filetage.
- Optimisation: Les ingénieurs peuvent optimiser la répartition de la charge en ajustant des paramètres tels que le pas et l'angle des dents..
Par exemple, l'utilisation d'un pas plus fin peut répartir les charges plus uniformément, réduire le risque de défaillance des threads.
Durabilité
Des facteurs comme le pitch, angle de flanc, et la profondeur contribuent à la durée de vie d'un fil sous contrainte, améliorer la fiabilité au fil du temps.
Les conceptions de filetage robustes résistent aux cycles de chargement et de déchargement répétés sans compromettre l'intégrité.
- Durée de vie améliorée: L'augmentation de la profondeur du filetage et du rayon de racine peut augmenter la durabilité jusqu'à 40%, rendant les fils plus résistants à l'usure.
Étanchéité et étanchéité
La géométrie appropriée du filetage garantit des propriétés d'étanchéité efficaces, particulièrement critique dans les applications étanches aux fluides et aux gaz, prévenir les fuites et maintenir l’intégrité.
Les dimensions et finitions précises du filetage jouent un rôle essentiel pour obtenir une étanchéité parfaite.
- Efficacité d'étanchéité: L'utilisation de filetages articulés ou l'ajout d'un composé d'étanchéité peut améliorer les performances d'étanchéité jusqu'à 50%, garantir des connexions fiables dans des environnements difficiles.
7. Conclusion
Comprendre les types de filetages et leurs paramètres géométriques est fondamental pour la fabrication de précision.
Les ingénieurs et concepteurs qui maîtrisent ces concepts peuvent prendre des décisions plus éclairées, conduisant à une amélioration des performances et de la fiabilité du produit.
En considérant les exigences uniques de chaque application, les professionnels peuvent sélectionner ou concevoir des fils qui répondent aux plus hauts standards de qualité et d'efficacité.
L'adoption de ces connaissances nous permet d'innover et d'optimiser nos processus de fabrication., garantir que chaque composant fileté fonctionne parfaitement dans son environnement prévu.
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