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CHAPITRE 1 : éléments d’assemblage et de fixation 1. Définitions préliminaires sur les Liaisons de deux pièces mécaniques

1.1 Mouvementent relatif de deux pièces Une pièce A est en mouvement relatif par rapport à une pièce B si La position de A par rapport B varie avec le temps.

Une pièce B est solidaire d’une pièce A lorsque les deux pièces ne représentent aucun mouvement relatif quelles que soit les forces appliquées. 1.2 But d’une liaison Supprimer entre deux pièces mécaniques certains mouvements relatifs ou les supprimer tous. 1.3 Liaison partielle Si une pièce mobile A doit avoir seulement un ou plusieurs mouvements déterminés par rapport à une pièce B, toutes les autres possibilités de mouvement non désirés sont supprimées par une liaison partielle.

Une liaison partielle est toujours réalisée par obstacle 1.4 Liaison élastique Si une pièce A doit reprendre sa position par rapport à une pièce B quand la force qui l’avait déplacée est cessé d’agir, on crée une liaison élastique.

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Un matériau élastique constitue l’obstacle. 1.5 Liaison complète Si deux pièces ne doivent pas présenter aucun mouvement relatif, elles sont rendue solidaires à l’aide d’une liaison complète.

On oppose à toute force susceptible de créer un déplacement :

- L’adhérence entre les surfaces de contact, - Ou des obstacles.

Une liaison complète peut être réalisée en associant plusieurs liaisons partielles. 1.6 Organes de liaisons La réalisation de liaison est généralement effectuée par l’intermédiaire de pièces dites organes de liaison :

- Créant l’effort nécessaire pour obtenir la liaison par adhérence - Ou rapportées, s’opposant aux déplacements relatifs des pièces assemblées ou des organes des

liaisons 1.7 Liaison démontable Une liaison est dite démontable quand la suppression ne peut être obtenue sans détérioration de l’une au moins des pièces assemblées, ou des organes de liaison.

Dans le cas contraire la liaison est dite démontable.

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2. Assemblage riveté 2.1 Fonction Organes utilisés pour la réalisation d’une liaison complète indéformable entre pièces de faible épaisseur : tôles, plats, etc… 2.2 Constitution Un rivet est une tige cylindrique munie d’une tête qui traverse de part en part les pièces à assembler. La liaison est réalisée par refoulement à froid ou à chaud, de l’extrémité de la tige que l’on appel rivure.

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2.3 Mode d’action - Par adhérence : le rivet est sollicité à l’extension.

Montage à chaud : la tête de la rivure en contact avec les tôles s’opposant à la diminution de longueur de la tige par refroidissement créant dans le corps du rivet un effort axial d’extension. Par suite de la contraction, le rivet ne remplit pas exactement le trou.

L’effort normal applique par suite la tôle A contre B ; l’adhérence s’oppose alors au déplacement relatif des deux pièces et réalise la liaison.

- Par obstacle : Le rivet est sollicité au cisaillement. o Montage à chaud : la force d’adhérence n’est pas suffisante et le tôles ont glissé. o Montage à froid : la force d’adhérence est très faible ; dans ce cas le rivet remplit à peu prés le

trou ; il n’a pas subi de contraction.

Le rivet est soumis à un effort de cisaillement : il s’oppose au déplacement des pièces et réalise une liaison par obstacle.

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2.4 Caractéristique d’un rivet - Matériau : Pour éviter la corrosion, rivets et pièces doivent être de même métal.

1- Acier doux. Rr=40daN/mm2, Re= 24daN/mm2, résistance au cisaillement 20daN/mm2.

2- Acier au nickel 2% pour tôles en acier inox.

3- Cuivre, laiton, aluminium

- Forme de la tête de la rivure (normalisée). 2.5 Rivures 2.5.1 Généralité

La rivure est la liaison de deux pièces par rivets, elle est caractérisée par :

- Le genre de l’assemblage - Le type de rivets utilisés et ses dimensions - le nombre et la disposition des rivets

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2.5.2 Genres d’assemblage Suivant la disposition des pièces :

- Les pièces chevauchent assemblage à recouvrement ou à clin (simple et double) - Les pièces sont bout à bout (simple ou double)

2.5.3 Nombre de rivets - Rivure de force : charpente métallique

§ Extension : montage à chaud. La contrainte dans la tige après refroidissement est voisine de la limite élastique à l’extension. La force d’adhérence crée est de 4daN/mm2 (acier doux)

§ Cisaillement : montage à froid ou glissement à près montage à chaud. La contrainte admissible est pour l’acier doux d’environ 11.5daN/mm2.

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En pratique le diamètre des rivets est fonction de l’épaisseur des pièces à assembler, le nombre de rivets nécessaires est calculé au cisaillement.

- Rivure d’étanchéité : chaudronnerie L’étanchéité est obtenu par un nombre important de rivets et la sollicitation au cisaillement de chacun d’eux est très au-dessous de la limite pratique ;

2.5.4 Disposition des rivets Régulièrement sur une ou deux lignes, en chaine, très rarement sur trois lignes.

§ Pas : Distance uniforme entre deux rivets consécutifs sur une même ligne de rivure. Variant entre des limites très larges pour la construction métallique, le pas est réduit lorsque l’étanchéité doit être assurée.

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§ Pince : distance de l’axe de la file de rivets au bord de la tête. Suffisante pour résister à l’arrachement, la pince ne doit pas être trop importante pour éviter le décollement des pièces : p=1.5 à 2.5D (diamètre de la tige du rivet)

§ Ecartement : Distance des axes, des files de rivets dans le cas des rivures doubles et triples. 2.6 Rivetage Le rivetage comprend plusieurs opérations :

- Préparation des pièces à assembler : trous - Préparation des rivets : chauffage - Réalisation de la rivure : par choc ou par pression

2.6.1 Défauts des rivures Peuvent résulter de :

- D’une longueur mal déterminée - D’une pression trop faible - D’une température trop basse : rivets inachevés - D’une mal façon : rivure désaxés un inclinée.

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2.6.2 Rivure abreuvée L’affleurement de la tête fraisée du rivet n’est pas obtenu par un fraisage d’un logement, mais par déformation de la tôle.

- Tôle mince assemblée avec une tôle épaisse : abreuvure en ceinture. - Tôle mince : chaudronnerie, cuivre ou métaux légers.

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2.6.3 Rivure spéciales Dans le cas d’assemblage de tôle inaccessibles d’un coté, on utilise des rivets dont l’exécution ne nécessite pas de contre-bouterolle

- Rivet explosif avec charge de poudre enflammée par chauffage. - Rivet Chobert : rivure formé par refoulement à l’aide d’une aiguille munie d’une tête. - Rivet tubulaire : rivure formée par sertissage.

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3. Liaison complète par soudure

3.1. Généralités Soudes : c’est assembler de façon permanente une ou deux pièces toute en assurant la continuité de la matière entre elles.

Soudage autogène : les pièces à assembler de même nature et de composition voisine, participent à la formation du cordon de soudure (joint).

Brassage ou soudobrassage : l’assemblage est hétérogène, la formation du cordant est réalisé par la seule intervention du métal d’apport agissant comme colle. La température du métal

d’apport est inférieure de celles des pièces à souder.

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3.2. Représentations normalisé Représentation simplifiée

Elle réalisé grâces à de triangles ou de vés noircis chaque que la vue correspond à une section droite du cordon ou par une succession de petits trais curvilignes. Elle est réservée aux applications simples.

Représentation symbolique

Les cordons ne sont pas représentés, seule la ligne de joint est représentée. La forme et les dimensions du cordon sont indiquées sous forme de cotation composée d’une ligne repère ou flèche et d’une double ligne de référence portant une série de symboles et de signes normalisés.

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Symboles élémentaires

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Cotation et dimensions

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3.3. Conception des assemblages soudés Préparation et forme du cordon en fonction de l’épaisseur à soude

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Assemblage de pièces d’épaisseurs différentes

En règle générale il faut s’efforcer de réduire la différence entre les épaisseurs.

L’assemblage (a) convient pour épaisseur peu différents ;

L’assemblage (b, d et h) n’est souhaitable qu’en présence de charge statique. Ils engendrent des concentrations de contraintes. S’il existe des efforts alternés on utilise des assemblages de type (f,j,g et k) qui les plus performant mais les plus couteux en mm temps. Les assemblage (f,j,m et n ) permettent de souder des épaisseurs très inégales.

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Soudure en angle

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Renforcement

Les bâtis et les éléments peuvent être facilement renforcés par des plats, ronds ou profilés divers soudés directement sur la structure. Les formes en caissons simples ou multiples permettent une plus grande rigidité. Les solutions (b,c et d) sont à préféré ; (c et d) sont les plus résistants et les plus esthétiques. Dans tous les cas, prévoir une position symétrique des cordons.

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Recommandations et suggestions

- Mettre les cordons dans les plans neutres et les disposer symétriquement pour éviter les déformations. Penser au retrait après soudage.

- Eviter les croissements des cordons. - Eviter les angles vifs et les cordons trop

rapprochés. - Disposer et choisir les cordons en fonction

des efforts exercés. - Eviter l’usinage des cordons - Simplifier les solutions diminuer le nombre

de cordons et utiliser le pliage quand c’est possible.

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3.4. Principaux matériaux soudables

Aciers

Les aciers non alliés à faibles teneur en carbone, type S ou E, ont une bonne soudabilité. Même remarque pour les aciers inoxydables à condition que le % de carbone reste inférieure à 0.05%. Pour les C et les aciers faiblement alliés, le carbone est l’élément le plus défavorable à la soudure car il favorise la trempe. La soudabilité peut être estimée par la méthode du Carbone équivalent :

Si Ceq ≤ 0.4% l’acier est parfaitement soudable à température ambiante.

Si 0.45%≤Ceq≤0.7% l’acier est moyennement soudable entre 100 et 400°C.

Sinon l’acier est difficilement soudable.

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3.5. Principaux procédés de soudage

Soudage à l’arc électrique

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Soudage par résistance

Les pièces à assembler sont maintenues en contact pas un effort de compression puis soudés par recouvrement ou bout à bout sans métal d’apport. La fusion est provoqué par effet joule : courant de fore intensité sous basse tension. Après coupure de courant l’effort de compression toujours appliqué forge la soudure.

- Soudage par points : il est réalisé par deux électrodes la fusion se produit à la frontière entre les deux pièces.

- Soudage à la molette : permet de réaliser des assemblages plans, cylindriques ou coniques et des soudures continues ou discontinues. Les électrodes sont remplacées par des molettes tournantes.

- Soudage par bossage : permet de souder plusieurs points en même temps. Les électrodes sont remplacées par des plateaux permettant de souder des formes en treillis, des tubes superposés et croisé.

- Soudage en bout : les pièces à souder maintenues par des mâchoires sont mise en contact ensuite chauffés soit par effet joule (petites sections) soit par étincelage (grosses section).

Il existe également d’autre procédés de soudage notamment : par faisceaux d’électrons, par laser, par ultrason …

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3.6. Exemple de calcul des soudures

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4. Système de liaison arbre moyeu Liaison par goupille

Elle convient aux assemblages simples et économiques sous couples modéré. La goupille peut faire office de pièce de sécurité. Seule pièce qui casse au cas de surcharge. En fonctionnement la goupille ne doit pas s’échapper.

Inconvénient : le perçage des arbres amènes des concentrations de contraintes.

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Liaison par clavette

- Clavettes parallèle

Simples et économique, elles sont régulièrement utilisées. Le couple transmissible bien que plus élevé qu’avec les goupilles, reste limité. Elles peuvent être utilisées comme organe de sécurité.

Inconvénient : engendre une concentration des contraintes et donc limitation du couple transmissible.

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- Clavette disque

Elles sont utilisées pour les petits diamètres sous de faibles couples et le plus souvent pour des arbres coniques.

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Liaison par cannelure et dentelure

- Cannelures à flancs parallèles

Les plus anciennes, ils sont de plus en plus remplacés par les cannelures en développante plus résistants et moins bruyantes. Ils ne conviennent pas aux grandes vitesses de rotation.

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- Cannelure à flancs en développante, de cercle

Elles permettent des grandes vitesses de rotation et sont plus silencieuses que les précédentes.

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- Dentelure rectiligne

Moins précises que les cannelures, ils sont plutôt réservés aux petits arbres et aux moyeux. Ils permettent le calage angulaire d’un organe de commande dans plusieurs positions et utilisé en générale en assemblage fixe sans glissement en charge.

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Eléments d’assemblage biconiques

La liaison arbre moyeu est réalisée par déformation ou coincement d’une bague conique ou biconique fendue. Les vis sont serrées à la clé dynamométrique.

Avantage : utilisation d’un arbre lisse sans usinage. Les grands diamètres sont possibles et le démontage est facile. Certaines solutions ne réalisent pas le centrage entre arbre et moyeu.

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Frettage et emmanchement forcé

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Liaison arbre moyeu par cône

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5. Systèmes de liaison par filetages On appelle filetage une forme cylindrique (très rarement conique), pourvue d’un sillon hélicoïdale (ou plusieurs), que l’on nomme :

- Vis ou filetage dans le cas d’une forme cylindrique pleine, - Ecrou ou taraudage dans le cas d’un trou cylindrique.

Filetage et taraudage constituent des formes complémentaires permettant l’interpénétration de deux pièces suivant un mouvement hélicoïdal, réalisant ainsi un système vis-écrou.

5.1. Emplois Les systèmes vis écrou permettent

- D’assembler d’une manière démontable deux pièces. - De transmettre un mouvement

5.2. Caractéristiques Les caractéristiques d’un filetage dépondent de son utilisation. Généralement on :

- Diamètre nominale, pas, nombre d’hélices et le sens de filets.

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Diamètre nominale

Le diamètre nominal d’une vis ou un écrou est une notion que l’on utilise pour la désignation. Par définition la vis et l’écrou qui lui correspond ont le même diamètre nominal.

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Pas

Le pas est la distance qui sépare deux sommets consécutifs. Les normes ont prévue pour chaque diamètre nominal un pas usuel « gros ». Les pas fins sont d’utilisations exceptionnelles. A diamètre nominal égal, plus un pas est fin, plus les tolérances sont réduites.

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Nombre d’hélices

Habituellement, un filetage ne comporte qu’un seul filet. Si on veut un pas important tout en conservant une surface suffisante, on creuse dans l’intervalle d’un pas un ou plusieurs filets. La distance entre deux filets consécutifs représente le pas apparent.

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Sens de filets

Le sens de l’hélice est dit à droite si en mettant l’axe de la vis vertical le filet monte vers la droite, il est dit à gauche si le filet monte vers la gauche.

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5.3. Profils principaux Profils isométriques

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Profils trapézoïdales

Application : vis de transmission subissant des efforts importants.

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Profils ronds

Réduit la concentration de contrainte et augmente la résistance aux chocs

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Profils asymétrique en dents de scie

Ce profil rond négligeable la composante radiale de l’action de contact. Il est utilisé lorsqu’un filetage sur tube mince subit des efforts relativement important dans un seul sens axial.

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Profils gaz

Ils sont utilisés dans les installations pour fluides gazeux. Deux cas se présentent :

- Assemblage sans étanchéité : la vis et le taraudage ont une forme cylindrique. - Assemblage avec étanchéité (étanche) : le taraudage à un profil cylindrique cependant la vis à un

profil conique

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5.4. Vis de fixation

Les vis d’assemblage sont utilisées pour l’assemblage de deux pièces (ou plus). Ils agissent selon deux modes :

- Par la pression de la tête - Par la pression le l’extrémité

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5.4.1. Vis d’assemblage

Choix de l’extrémité

Bout de roulage (RL) Bout chanfreiné (CH) Bout pilot conique (PN) Bout pilot cylindrique (LD)

Les deux solutions les usuelles. Peut être utilisés avec lamage

Solutions pour faciliter la mise en position et l’alignement de la vis. Montage rapide ; montage automatisé

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Choix du mode d’entrainement

Hexagonale (H) Carré (Q) Six pans creux (CHC,FHC)

Permet une bonne transmission du couple de serrage, il le type le

plus utilisé en mécanique

S’arrondit moins facilement que le type H

La capacité à transmettre le couple est plus faible que H et Q. Faible encombrement. Absence d’arêtes vives.

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Cruciforme (P,H) Fente (FS, CLS, CS, FBS)

Pour faibles sollicitations mécanique et exigences esthétiques et sécurité.

Utilisées si faible sollicitation mécanique. N’est pas adapté aux montages automatiques.

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Six lobes internes (X)

Un couple de serrage meilleur que les six pans. Absence d’arêtes vives. Faible encombrement. Adapté aux modes de montages automatisés (prévoir un bout pilote).

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5.4.2. Vis de pression

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Choix de l’extrémité

Extrémité fixé Extrémité orientable

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Choix du mode d’entrainement

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5.4.3. Vis à tôles

- Plusieurs têtes et extrémités - Ne nécessitent pas de taraudage - Filetées sur toute la longueur

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5.4.4. Vis à bois

- Se compose de trois parties ; la tête, la tige et le filetage. - Temps de mise en œuvre relativement important - Disposition perpendiculaire aux fibres

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5.5. Ecrous d’assemblage 5.5.1. Ecrous manœuvrés par clés

- L’écrou hexagonal convient à la plus part des applications - L’écrou bas présente moins d’encombrement et résistance au cisaillement (filets) moindre - L’écrou carré s’arrondi moins - L’écrou borgne protège l’extrémité de la vis, plus d’esthétique et de sécurité - L’écrou sphérique limite les erreurs de perpendicularité - L’écrou à embase évite l’utilisation de rondelle

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5.5.2. Ecrous autofreinés

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5.5.3. Ecrous manœuvrés à la main

- Effort de blocage limité - Fonction de la forme - Rapidité de manœuvre

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5.6. Boulons et goujons 5.6.1. Boulons

Un boulon est composé d’une vis et d’un écrou, usuellement ils ont une forme hexagonale. Les pièces a assembles sont simplement percées. Ont obtient un assemblage économique.

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- Pour réduire les contraintes, la souplesse de la vis doit être plus importante que celles des pièces à assembler : o Bonne rigidité des pièces o Des vis relativement longues par rapport à leurs diamètres

- Une meilleure répartition de pression de contact est assurée si on place des rondelles larges et épaisses.

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5.6.2. Goujons

- Un goujon est une tige filetée à ses deux extrémités séparé par un tronçon lisse plus un boulon. - Un goujon est utilisé si :

o le matériau des pièces est peu résistant o démontage fréquent o pour remplacer les boulons dans le cas de pièces très épaisses

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5.7. Rondelles 5.7.1. Rondelles d’appuis - Augmentent la surface d’appui - Réduisent la pression de serrage : marquage des pièces - Elles n’assurent pas un freinage efficace de la vis. - Trois types :

o Plates : emploi usuel o Sphérique : utilisée à avec un écrou à porté sphérique o Cuvettes : utilisée avec des vis à tête fraisée

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5.7.2. Rondelles freins élastiques

Le freinage de l’écrou est amélioré par l’élasticité de la rondelle. En fonction du type de la vis et de l’écrou, il existe une variété de rondelles freins élastique.

- Crower : le freinage est assuré grâce à la déformation de la rondelle et l’incrustation des bords. - Conique lisse ou striée : plane après serrage, elle applique un effort axial maintenant une pression

constante entre les filets. - Ondulée : souvent pour des pièces en matériau tendre. - A dent : freinage par déformation élastique et incrustation des dents. Bon freinage et contact

électrique

Crower Conique lisse Conique striée Ondulée Rondelles à dents