Serrage sans clef dynamométrique qui coûte des € !

Alors voilà, vous venez de recevoir votre nouveau cadre carbone super léger, ou pas, mais vous voulez le monter vous-même. D’accord. Mais quelle force devez exercer lors du serrage des vis ? Je pense notamment aux pédales, boîtier de pédalier, et à la cassette. Votre premier réflexe devrait être de rechercher les recommandations constructeur, soit directement sur la vis ou la partie réceptrice. Vous pourriez aussi rechercher cette info sur la documentation jointe, ou sur le site web du fabricant.

Une fois connu le couple de serrage à exercer, comment l’appliquerez-vous ?
A moins d’être heureux propriétaire d’une clef dynanométrique qui s’adapte bien à ces vis, je vous conseille de lire la suite. Le but est de déterminer quelle force doit être appliquée à une clef pour atteindre le couple recommandé. En particulier nous allons voir un exemple, celui du serrage d’une cassette (= groupe de pignons d’une roue arrière de vélo), pour laquelle je ne dispose pas de clef dynamométrique appropriée.

3 règles

a) n’appliquez pas la force avec votre bras, car vous ne pourriez la mesurer. Appliquez un poids connu à une clef.

b) Déterminez la distance entre l’application du poids et le centre de rotation de la clef, de façon à ce que le couple soit celui requis.

c) Pour simplifier les calculs, placez la clef à l’horizontal.

Quel poids correspond à tel couple ?
Par définition, le couple est donné par la formule :
T = F . r où F est la force exercée sur la clef à la distance utile r depuis le centre O. Dans notre cas la force est le poids du lest utilisé, donc elle est verticale.
r n’est pas forcément la longueur de la clef. On a parlé de distance utile. Si la force fait un angle droit avec la clef (α = 0), alors ça l’est, sinon le couple est un peu plus compliqué à calculer, on le verra plus loin.

Un couple est toujours exprimé dans une unité de longueur multipliée par une unité de distance, comme le newton-mètre (N.m ou Nm) dans le Système International (SI), utilisé dans cet article. D’autres unités existent, notamment hors SI. Attention, ce n’est pas newton par mètre, c’est une multiplication : newton fois mètre…

Le Newton est l’unité de force du SI. C’est en gros la force exercée par une masse statique de 100 grammes sur Terre.

Dans notre cas, si une masse statique P exerce une force horizontale sur le manche, alors elle vaut : F = P . g Où P est la masse en kilogrammes (on parle couramment de poids, mais c’est un abus de langage, on devrait dire masse), et g est la gravité. Disons-la égale à 9.81 ms^-2. Les fondamentaux étant jetés, jetons-nous dans le cas pratique de cette cassette.

Exemple

Soit à serrer une cassette à 40 Nm, comme recommandé sur sa vis. Nous allons utiliser un poids de 20 kg comme lest, relié au manche de la clef par un vieux pneu (vous verrez comme c’est pratique). Disons qu’il y a 21 cm entre l’axe de la clef et le milieu du pneu ou le poids s’applique. Vous pouvez en déduire le couple de serrage appliqué sur l’axe lorsque vous aurez soulevé l’ensemble de façon à faire décoller le poids du sol avec la clef à l’horizontale : T = F . r = 20 x 9.81 x 0.21 = 41.2 Nm 21 cm a été converti en mètres, puisque l’unité utilisée est le Nm.

Comme vous voyez, 41 Nm est vraiment proche des 40 Nm recommandés, alors je pourrais en rester là. Toutefois, si vous deviez être plus précis, vous pourriez raccourcir la prise du pneu sur manche de la clef, de façon à réduire le couple.
Oui mais de combien ?
r = T / F = 40 / (20 * 9.81) = 0.204 m = 20.4 cm

Pour les puristes

Ajoutez le poids du pneu au poids du lest, et considérez le propre poids de la clef comme une contribution au couple, sachant que son poids s’applique approximativement en son milieu, et que les couples s’ajoutent !
En pratique, étant donnés les poids impliqués, les contributions du pneu et de la clef sont dits“termes du second ordre” donc sont négligeables ici devant la contribution principale : le poids suspendu au pneu.

Souvenez-vous, pour une utilisation logique de la formule, utilisez les bonnes unités. Une force devrait être exprimée en newtons, et une distance en mètres.

Comme promis plus haut, je vous révèle le cas général du schéma, où la clef fait un angle α avec l’horizontale : T = F . r . cos(α) Rappel : cos(α) = 1 pour α = 0, qui est le cas particulier de la clef horizontale, donc pas besoin de machine à calculer.