Les termes "coefficient de frottement" et "facteur d'écrou" sont tous deux fréquemment utilisés lorsqu'il est question de joints - en particulier, de l'écrasement des joints entre les brides. En effet, la compression du joint est le plus souvent réalisée par l'application d'une charge de goujon générée par le serrage d'un écrou. Ainsi, [1] le fait de tourner un écrou [2] étire le goujon, ce qui crée une [3] charge de compression sur le joint.   

L'étanchéité à long terme du joint dépend entièrement de la contrainte exercée sur le joint, et les meilleurs programmes d'étanchéité ciblent des contraintes très spécifiques sur le joint. Mais pour savoir si le joint est réellement soumis à la contrainte spécifiée, nous devons être en mesure de définir la relation entre la force appliquée en tournant l'écrou et la quantité de contrainte générée dans le goujon.

Coefficient de friction

Lors du glissement d'une surface sur une autre, la force nécessaire dépend de la résistance au frottement. Faire glisser un bloc de glace sur une plaque d'acier demande beaucoup moins de force qu'une balle de foin pesant le même poids. Le rapport entre la force nécessaire pour déplacer un objet sur une autre surface et la pression entre ces surfaces s'appelle le coefficient de frottement. La glace étant beaucoup plus glissante que le foin, le coefficient de frottement est beaucoup plus faible. 

L'utilisation d'un produit anti-grippant dans les assemblages boulonnés facilite le déplacement d'une surface métallique sur une autre. Les fabricants de ces produits déterminent expérimentalement le coefficient de frottement transmis par le produit lorsqu'il est utilisé entre des matériaux de fixation spécifiques. Ce coefficient de frottement est souvent indiqué sur le bidon ou dans les bulletins techniques du produit.   

La simple action de tourner un écrou sur un goujon entraîne un certain nombre d'interactions qui font intervenir le coefficient de frottement. Le point de frottement le plus élevé se situe à l'endroit où la surface de l'écrou tourne contre la surface fixe de la bride. Il est évident qu'à mesure que la charge sur le goujon augmente, la pression à l'interface écrou/bride augmente, ce qui nécessite une plus grande force pour faire glisser l'une des surfaces sur l'autre. Cette force nécessaire est définie par le coefficient de frottement.

De même, le goujon et l'écrou ont tous deux des surfaces filetées qui glissent l'une contre l'autre. Ces filetages sont simplement des pentes enroulées, que l'on peut visualiser comme deux plans inclinés qui glissent l'un sur l'autre. Le coefficient de frottement définit la force nécessaire pour déplacer ces plans l'un par rapport à l'autre, mais les équations qui décrivent cette interaction doivent tenir compte du diamètre primitif des filets et de l'angle hélicoïdal des plans inclinés perpendiculaires à l'axe du goujon.

Le couple total requis pour obtenir la contrainte nécessaire sur le goujon est la somme du couple requis par l'interface écrou/bride et du couple requis par les interactions entre les filets. Bien que cette approche détaillée permette de calculer des valeurs de couple très précises, elle nécessite un ensemble d'équations assez complexe. Heureusement, il existe une approche beaucoup plus simple qui donne des résultats très fiables. 

Le facteur noix

Le facteur d'écrou (K) combine la géométrie du filetage, le pas, le frottement sur la face de l'écrou et le frottement sur les filets en une seule valeur globale. Cela nous permet d'écrire une équation très simple pour décrire la relation entre le couple sur l'écrou et la charge développée par le goujon. Cette équation est la suivante :

Couple (ft.lb.) = Charge (pounds) x Taille nominale du goujon (inches) x Facteur d'écrou / 12

Bien que moins complète que les équations basées sur l'utilisation du coefficient de frottement, cette équation donne de très bons résultats pour les fixations standard utilisées dans les industries de transformation. 

Ainsi, le couple nécessaire pour générer une charge de 50 000 livres sur un goujon de 1-1/8", en utilisant un antigrippant avec un facteur d'écrou de 0,17, serait le suivant :

Couple (ft.lb.) = 50 000 (livres) x 1,125 (pouces) x 0,17 / 12 = 797 ft.lb.

Le facteur d'écrou (qui n'a pas d'unité) est déterminé expérimentalement par le fabricant de l'antigrippant et se situe généralement entre 0,15 et 0,20. 

Comparaison entre le coefficient de frottement et le facteur d'écrasement

Le coefficient de frottement et le facteur d'écrou font tous deux référence à la résistance par frottement d'un assemblage boulonné. Cependant, il ne s'agit pas de la même chose et les termes ne peuvent pas être utilisés de manière interchangeable. Malheureusement, ces termes sont souvent confondus et les valeurs sont utilisées dans les mauvaises équations, ce qui donne des résultats inexacts. 

Le coefficient de frottement et le facteur d'écrasement sont tous deux déterminés par le fabricant, et l'utilisateur final doit s'assurer qu'il comprend bien quelle valeur est indiquée. 

En règle générale, le coefficient de frottement est de l'ordre de 0,04. MOINS QUE le facteur d'écrasement, et se situe entre 0,11 et 0,16. 

Utilisation industrielle de LGG

LGG Industrial utilise le facteur d'écrou pour convertir le couple en contrainte dans toutes nos feuilles de calcul, y compris le classeur de joints d'échangeur.