Dans le système industriel moderne, la coopération entreboulons et écrousest la base de la connexion mécanique, etrondelles, en tant que composants clés entre les deux, déterminent directement la fiabilité et la durabilité de la connexion. Malgré leur petite taille, les rondelles résistent efficacement à des conditions de travail complexes telles que les vibrations, les températures élevées, la corrosion, etc. grâce à une conception scientifique, une optimisation des matériaux et une fabrication de précision, et sont devenues un élément technique indispensable en génie mécanique.
Les fonctions principales des rondelles se reflètent dans trois aspects. Premièrement, les rondelles plates réduisent considérablement la pression de la surface de contact en répartissant la charge axiale générée lors du pré-serrage des boulons. Selon les recherches menées dans le cadre de la norme ASTM F436, les rondelles plates peuvent réduire la concentration de contrainte de la surface de contact de 40 à 60 %, évitant ainsi l'écrasement ou la déformation du substrat. Deuxièmement, les rondelles élastiques utilisent la force de réaction continue générée par la déformation élastique pour compenser la perte de précharge due aux vibrations. Des données expérimentales montrent qu'avec une fréquence de vibration de 50 Hz et une amplitude de 0,5 mm, le temps de desserrage des boulons équipés de rondelles élastiques peut être multiplié par plus de trois. De plus, les joints non métalliques jouent un rôle important dans les domaines de l'étanchéité et de l'isolation. Par exemple, les joints en caoutchouc nitrile utilisés dans les systèmes hydrauliques peuvent rester stables dans une plage de températures comprise entre -40 °C et 120 °C et supporter une pression d'étanchéité de 10 MPa.
Le choix du matériau est un facteur clé affectant la performance des rondelles. Les rondelles en acier au carbone présentent une résistance à la traction de 500 à 800 MPa et un faible coût, représentant 65 % du marché mondial et devenant une solution universelle. Les rondelles en acier inoxydable (304/316L) présentent une résistance à la corrosion vérifiée par un essai au brouillard salin de 1 000 heures et conviennent aux environnements chimiques et marins. Dans le contexte de la demande en matière de conductivité, les rondelles en alliage de cuivre sont largement utilisées en raison de leurs excellentes propriétés conductrices. Parmi les matériaux non métalliques, le polytétrafluoroéthylène est devenu le choix standard de l'industrie chimique avec un coefficient de frottement de 0,05 et une forte résistance à la corrosion ; tandis que les plastiques techniques PEEK restent stables à une température élevée de 260 °C et leur résistance au fluage est cinq fois supérieure à celle du nylon, ce qui permet de répondre aux exigences de charge élevées des moteurs d'avion.
Les applications des rondelles couvrent de nombreux domaines, des équipements de précision micrométrique aux équipements industriels de grande envergure. Dans l'industrie automobile, chaque voiture particulière utilise en moyenne 200 à 300 rondelles, dont les rondelles en acier trempé utilisées dans les boulons de bielle moteur doivent réussir plus de 100 millions d'essais de charge cyclique selon la norme SAE J429. Dans l'éolien, des rondelles haute résistance de plus de 50 cm de diamètre et d'une résistance à la traction de 1 000 MPa assurent la stabilité structurelle des tours d'éoliennes sous une pression de vent de niveau 12. L'aéronautique s'appuie sur les rondelles en alliage de titane (Ti-6Al-4V) pour atteindre un équilibre entre réduction de poids et performances. Comparées aux alliages d'aluminium traditionnels, leur poids est réduit de 30 % et leur résistance à la fatigue est multipliée par deux, ce qui en fait la solution privilégiée pour les systèmes de connexion des revêtements d'avions.
Les avancées technologiques en matière de traitement de surface ont considérablement amélioré la résistance à la corrosion des joints. Par exemple, les revêtements Dacromet peuvent atteindre une durée de protection de plus de 1 200 heures en environnement de brouillard salin grâce à une structure composite zinc-aluminium, dépassant largement la limite de 300 heures des procédés de galvanisation traditionnels.
Composants fondamentaux des systèmes de connexion mécanique, les joints ont toujours évolué au rythme des besoins du développement industriel. De l'amélioration de la fiabilité des équipements traditionnels à l'accompagnement d'innovations dans des domaines de pointe comme l'aérospatiale et les nouvelles énergies, la conception et la fabrication de joints démontrent sans cesse l'importance de l'ingénierie de précision. Grâce aux progrès de la science des matériaux et des technologies de détection intelligente, ce composant apparemment simple continuera de jouer un rôle irremplaçable dans le système industriel.
Date de publication : 18 mars 2025