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Une vis de fixation est un organe mécanique, constitué d'une tige filetée et d'une tête, destiné à réaliser la fixation d'une ou plusieurs pièces par pression sur celles-ci, sur une autre dans laquelle elle se visse. La fixation par vis crée une liaison complète, rigide et démontable.

Sommaire 1 Origines historiques 2 Classification fonctionnelle 2.1 Vis d'assemblage 2.1.1 Vis à tête carrée ou hexagonale 2.1.2 Vis six pans creux (ou dite Allen) 2.1.3 Vis tête fendue 2.1.4 Vis métaux à tête cruciforme 2.1.5 Vis à métaux à six lobes internes (ou Torx) 2.2 Vis de pression 2.3 Vis à tôle et autotaraudeuse 2.4 Autres vis autotaraudeuses 3 Classification selon les têtes 4 Normes 4.1 Représentation 5 Utilisation 5.1 Généralités 5.2 Dimensionnement 5.2.1 La longueur filetée 5.3 Calcul de Résistance 5.4 Couple de serrage 5.4.1 Généralités 5.4.2 Détermination simplifiée 5.4.3 Moyen de contrôle 6 Voir aussi 6.1 Liens externes

[modifier] Origines historiques

Les premières apparitions connues d'un organe mécanique utilisant une surface hélicoïdale remontent à la vis d'Archimède mais il s'agit d'une utilisation dynamique de type "hélice".

Il faut attendre la Renaissance pour commencer à voir des vis moyen de fixation, dans les horloges, les machines de guerre et d'autres constructions mécaniques.

Léonard de Vinci développe alors des méthodes pour leur usinage. Toutefois, elles continueront à être fabriquées à la main et sans normalisation, même après le début de la Révolution industrielle .

[modifier] Classification fonctionnelle

Les vis de fixations se divisent en deux grands groupes selon le mode de pression:

• les vis d'assemblage : la pression est exercée par la surface inférieure de la tête,
• les vis de pression : la pression est exercée par l'extrémité.

note: on appelle extrémité la partie opposée à la tête (bien que tête elle-même soit aussi une extrémité...)

[modifier] Vis d'assemblage

Ce sont les plus fréquentes. Elles traversent généralement les pièces pressées (la liaison est alors par obstacle pour une translations et deux rotations et par adhérence pour la rotation autour de l'axe de la vis et deux translations). La pièce réceptrice est équipée d'un trou taraudé. Les différentes vis se subdivisent selon la forme de l'extrémité, qui permet un plus ou moins bon guidage pour l'introduction dans le trous taraudé:

brut de roulage (RL) Fabrication courante, ne guide pas (le guidage, s'il existe, est un lamage dans la pièce réceptrice).

bout chanfreiné (CH) Le plus courant.

bout pilote tronconique (PN) pour vissages automatiques.

bout pilote cylindrique (PY) pour vissages automatiques.

• note: si la vis traverse toutes les pièces et assure la pression au moyen d'un écrou, on ne parle plus alors de vissage, mais de boulonnage, la vis et son écrou constituant un boulon.

[modifier] Vis à tête carrée ou hexagonale

Longueurs des vis (L)
(tige entièrement filetée)

Longueur	M3	M4	M5	M6	M8	M10	M12	(M14)	M16	M20
Lmin	6	8	10	12	16	20	25	30	35	40
Lmax	30	40	50	60	80	100	120		150	150

Longueurs des vis (L) et des filetages (x)
(tige partiellement filetée)

Longueur	M3	M4	M5	M6	M8	M10	M12	(M14)	M16	M20
Lmin	20	25	25	30	40	45	50		65	80
Lmax	30	40	50	60	80	100	120		160	200
x (L≤125)	12	14	16	18	22	26	30		38	46
x (125<L≤200)	-	-	-	-	-	-	-		44	52
x (200<L)

Longueurs (tiges partiellement et entièrement filetées)

Longueur	M3	M4	M5	M6	M8	M10	M12	(M14)	M16	(M18)	M20	(M22)	M24	(M27)	M30	(M33)	M36
6	•
8	•	•
10	•	•	•
12	•	•	•	•
16	•	•	•	•	•
20	12	•	•	•	•	•
25	12	14	16	•	•	•	•
30	12	14	16	18	•	•	•	•
35		14	16	18	22	•	•	•	•
40		14	16	18	22	26	•	•	•	•	•	•	•	•	•	•	•
45			16	18	22	26	30	•	•	•	•	•	•	•	•	•	•
50			16	18	22	26	30	34	•	•	•	•	•	•	•	•	•
55				18	22	26	30	34	38	•	•	•	•	•	•	•	•
60				18	22	26	30	34	38	•	•	•	•	•	•	•	•
65					22	26	30	34	38	42	46	•	•	•	•	•	•
70					22	26	30	34	38	42	46	50	•	•	•	•	•
75					22	26	30	34	38	42	46	50	•	•	•	•	•
80					22	26	30	34	38	42	46	50	54	•	•	•	•
85					22	26	30	34	38	42	46	50	54	•	•	•	•
90						26	30	34	38	42	46	50	54	60	66	•	•
100						26	30	34	38	42	46	50	54	60	66	72	?
110							30	34	38	42	46	50	54	60	66	72	?
120							30	34	38	42	46	50	54	60	66	72	?
130								40	44	48	52	56	60	66	72	78	?
140								40	44	48	52	56	60	66	72	78	84
150									44	48	52	56	60	66	72	78	84
160									44	48	52	56	60	66	72	78	84
180										48	52	56	60	66	72	78	84
200											52	56	60	66	72	78	84
220												69	73	79	85	91	97
240														79	85	91	97
260															85	91	97
280															85	91	97
300															85	91	97

[modifier] Vis six pans creux (ou dite Allen)

Longueurs des vis (L)
(tige entièrement filetée)

Longueur	M1,6	M2	M2,5	M3	M4	M5	M6	M8	M10	M12	(M14)	M16	(M18)	M20	(M22)	M24	M30	M36
Lmin	2,5	3	4	5	6	8	10	12	16	20	25	25	30	30	35	?	40	45
Lmax	16	16	20	20	25	25	30	35	40	50	55	60	60	70	70	80	100	110

[modifier] Vis tête fendue

[modifier] Vis métaux à tête cruciforme

[modifier] Vis à métaux à six lobes internes (ou Torx)

[modifier] Vis de pression

Contrairement à la vis d'assemblage qui prend appui sous sa tête (ce qui la contraint en sollicitation de traction) la vis de pression appuie par son extrémité (soit une sollicitation de compression). La vis se place dans le trou taraudé débouchant prévu à cet effet dans l'une ou l'autre pièce et exerce une pression sur l'autre, empéchant le coulissement par adhérence. Les vis de pression s'utilisent surtout en construction mécanique. Un exemple connu se rencontre dans les compas d'écoliers, où le crayon est maintenu dans un anneau sur la branche traçante, par une vis de pression manœuvrée à la main.

• Note: Dans le cas d'utilisation de vis de pression pour des liaisons temporaires, comme pour le vernier du pied à coulisse, une pièce intermédiaire est souvent utilisée pour répartir la pression de l'extrémité de la vis, et surtout pour éviter le "marquage" qui pourrait résulter de la rotation au moment du serrage.

Le vis de pression se subdivisent selon la forme de l'extrémité :

• Bout plat (PL)
• Bout bombé (BB)
• Bout tronconique (TR)
• Bout en cuvette (CU)
• Bout à téton court (TC)
• Bout à téton long (TL).

Et selon le mode d'entraînement :

• Tête hexagonale réduite (HZ)
• Tête carrée réduite (QZ)
• Sans tête à six pans creux (HC)

Longueurs (L) des vis sans tête à bout plat HC

Longueur	M1,6	M2	M2,5	M3	M4	M5	M6	M8	M10	M12	M16	M20	M24	M30	M36
Lmin	2	2	2	2	2,5	3	4	5	6	8	10	12	16	-	-
Lmax	8	10	12	16	20	25	30	40	50	60	60	60	60	-	-

.

[modifier] Vis à tôle et autotaraudeuse

Les vis à tôle ont un profil triangulaire.

Il y a deux types d'extrémités :

• bout pointu (C)
• bout plat(F).

Ces vis sont utilisé pour les tôles, les métriaux tendres et les matières plastiques.

L'avant-trou de perçage pour vis à tôle dépend du matériaux et de l'épaisseur. Pour le plastique, le trou sera taraudé (avant montage) s'il s'agit de vis de grand diamètre ou de matériau cassant.

Dimensions des vis à tête fendue ou hexagonale

Diam. nom.	ST 1,5	ST 1,9	ST 2,2	ST 2,6	ST 2,9	ST 3,3	ST 3,6	ST 3,9	ST 4,2	ST 4,8	ST 5,5	ST 6,3	ST 8	ST 9,5
P (approx.)	0,5	0,6	0,8	0,9	1	1,3	1,3	1,4	1,4	1,6	1,8	1,8	2,1	2,1

[modifier] Autres vis autotaraudeuses

La pièce réceptrice comporte un trou non fileté (appelé avant-trou), voire aucun trou. Le filetage de la vis et son extrémité sont adaptés pour réaliser le taraudage à la première utilisation (extémité pointue, filetage conique en bout, filet tranchant, etc). Dans ce groupe on trouve:

• les vis à bois traditionnelles et les VBA (Vis à Bois et Aggloméré) qui tendent à les remplacer,
• les vis à plâtre ("vis trompette"),

On trouve aussi des vis auto-perforantes (le bout est un mini foret), ou munies d'une goujure longitudinale à la manière des tarauds pour le dégagement des copeaux, etc. Ces vis ne font pour l'instant l'objet d'une norme.

[modifier] Classification selon les têtes

La tête de la vis est un èlément fonctionnel indispensable pour les vis d'assemblage, puisque c'est cette partie qui assure la pression, ce qui n'est pas le cas des vis de pression, qui bien souvent n'ont pas de tête. Toutefois, la tête assure une deuxième fonction non négligeable: permettre l'application d'un couple pour la mise en pression, au moyen d'un outil approprié: tournevis ou clé.

Les formes choisies vont déterminer les différents types d'entraînement :

• Entraînement externe :
  • Hexagonal (construction mécanique) : H
  • Carré (bois, engins agricoles) : Q
  • Six lobes externes (vis de bandages)
• Empreinte :
  • Six pans creux (construction mécanique) : HC
  • Six lobes internes (vissage automatique) : X
  • Cruciforme (vissage automatique) dite « Pozidriv » : Z
  • Cruciforme dite « Phillips » : H
  • Fente (tournevis : grand public)
  • Fente (pièce de monnaie : grand public) : S
  • Encoche (usage particulier)
• Multi-entraînement :
  • Hexagonal fendu : HS
  • Six pan creux fendu : HCS
  • Cruciforme fendu : ZS
  • Six lobes fendu : XS

[modifier] Normes

[modifier] Représentation

Il ne serait pas raisonnable de représenter une vis en respectant les mêmes règles que pour les autres pièces. Le dessin ci-contre réalisé par ordinateur montre le résultat : non seulement cela prend énormément de temps, mais de plus dans le cas courant des vis de petite taille cela devient illisible.

Représentation réaliste d'une vis

représentation en vigueur en 1927

Représentation normalisée d'une vis

En dessin technique, la vis est représenté de manière normalisée. La convention utilisée représente le creux du filet par une ligne fictive (trait continu fin) situé du coté de la matière. Un trait fort traversant la tige indique la position du dernier filet complet, équivalent à une surface de butée contre laquelle s'arrêtera l'écrou. (Ici, une vis à tête hexagonale)

[modifier] Utilisation

[modifier] Généralités

Les vis sont utilisées pour :

• L'assemblage par réunion d'au moins deux pièces, une pièce pouvant faire office d'écrou en incluant le taraudage.
• L'assemblage par pression, la vis est alors utilisée en "vis de pression".
• L'arrêt d'une pièce, elle sert de butée.
• Le guidage en rotation ou en translation.
• Le réglage de position (vernier).

[modifier] Dimensionnement

Pour chaque utilisation, et plus spécialement pour les vis d'assemblage le dimensionnement sera pris en compte dès la conception de l'assemblage. L'inventaire et le niveau des contraintes permet de déterminer les dimensions minimales en fonctions des matériaux en jeu. On oublie vite que cet organe mécanique tellement banal coutant parfois moins d'un centime (0,01€) est en fait une pièce vitale.

[modifier] La longueur filetée

Il est couramment conseillé d'avoir pour longueur d'implantation :

• 1 x Øvis : pour une vis acier dans l'acier
• 1,5 x Øvis : pour une vis acier dans les matériaux tendres.
• 5 x Øtube : assemblage de tube

Cela n'exempte pas d'un calcul.

[modifier] Calcul de Résistance

Du fait de la force générée lors du serrage, plusieurs tensions apparaissent dans le système vis-écrou. La forme de la vis et le filetage apportent des concentrations de contraintes.

Contraintes possibles	Cas et/ou Element à vérifier
Traction	Vis d'assemblage : Section sous tête, noyau
Cisaillement des filets	Vis d'assemblage, pression : Nombre de filets en prise en fonction du matériau
Compression	Vis de pression et surface d'appui
Flambage	Vis de pression trop longues
Cisaillement transversal	Vis d'arrêt : Noyau ou section cisaillé
Fatigue	Les variations de sollicitations fatiguent le matériau qui finit par rompre.

Voir aussi le dossier Déformation élastique

[modifier] Couple de serrage

[modifier] Généralités

Lors de la mise en place d'une vis d'assemblage, il est primordial d'appliquer un couple de serrage. Ce couple de serrage sert à mettre en tension la vis à la fois pour tenir les éléments en contact, mais aussi pour compenser les efforts additionnels ; chocs, vibrations, pression, variations thermiques, hygrométrique, etc. L'utilisation d'une clé dynamométrique est recommandée. Du respect de cette règle de montage dépend la qualité du serrage, mais aussi de la sécurité.

• Une vis (écrou) mal serrée, se desserra sous l'effet de vibration.
• Un raccord hydraulique/pneumatique fuira.
• A l'inverse trop de serrage peut mener au cisaillement.

A chacun d'imaginer les conséquences !

Ce couple de serrage ne s'applique pas au hasard. Il se détermine par le calcul. Les fabricants donnent des tables d'application pour les vis et raccords les plus courants. Ce moyen est rapide et suffit dans la plupart des cas. Toutefois, il est important de tenir compte de l'état de surface et de lubrification du couple vis-écrou.

[modifier] Détermination simplifiée

Mais pour montages particuliers, c'est l'empirisme le plus total Pour ces autres cas, voici une approximation assez proche de la réalité sans partir dans des calculs compliqués. (je créé le lien vers un fichier excel)

Lors de la mise en tension de la vis, trois éléments constituent le couple de serrage.

1. Le frottement du filetage
2. Le frottement de la tête de vis (ou de l'écrou)
3. La réaction à la tension induite par l'inclinaison du pas.
4. Nous ne tiendrons pas compte de la torsion de la partie filetée non en prise, de l'étirement différentiel le long du filetage en prise, ...

Formules :

1. F1 = Tension * µ * Ø.Moyen.Appui
2. F2 = Tension * µ * Ø.Moyen.Filetage
3. F3 = Tension * Ø.Moyen.Filetage * tan(alpha)
4. Couple de serrage = (F1+F2+F3)/2

Avec :

• Tension = Effort à compenser pour une vis (bien tout compter)
• Ø.Moyen.Appui = Diamètre moyen la surface frottante
• alpha = angle du pas, soit Tan^-1(Pas/(PI*Øextérieur_vis))
• Ø.Moyen.Filetage = Diamètre moyen du filetage (et pas le diamètre sur flan) = (Ø.Extérieur.Vis-Ø.Intérieur.Ecrou)/2
• µ = Coefficient de frottement (pour chaque surface) pour lequel il est admis ;

Coefficient frottement	Conditions
µ = 0,10	Lubrification adaptée et état de surface propre
µ = 0,15	Lubrification sommaire
µ = 0,20	Montage à sec

[modifier] Moyen de contrôle

Plusieurs modèles de clés dynamométriques existent :

• Clé à déclenchement unique
• Clé à déclenchement à ré-armement automatique
• Clé à secteur (mesure l'angle de serrage)
• Clé électrique, un moteur serre la vis ou l'écrou et s'arrête la valeur atteinte.

Pour les serrages courants, la clé dynamométrique suffit. Mais la valeur de tension réellement obtenue reste inconnue du fait de facteurs difficiles à mesurer (coefficient de frottement, déformation), et que l'opérateur n'utilise pas la clé dans les meilleures conditions.

Pour des mesures précises, des mesures par ultrasons lors du serrage permettent de s'approcher de la valeur de la tension, qui est la valeur utile.

[modifier] Voir aussi

• vis à billes
• vis sans fin
• vis d'Archimède
• pas de vis

[modifier] Liens externes

Vis : couples de serrage usuels

Guide Facom sur le serrage