Clavette et rainure de clavette | Types de clés Shat | Application conjointe à clé

Qu'est-ce qu'une clé et une rainure ?

Une clavette et la rainure de clavette constituent un joint à clavette pour fixer le moyeu et l'arbre pour empêcher un mouvement relatif entre un arbre de transmission de puissance et un composant attaché. Par exemple, les transmissions à engrenages, les poulies ou les pignons sont solidement connectés à l'aide de clavettes à l'arbre de transmission de puissance (Figure 1).
Les joints clavetés sont une partie importante de la transmission de puissance mécanique éléments arbre et accouplements, où il garantit que la connexion transmet la charge, la puissance et la rotation sans glissement et dans les limites de précision de la conception.

Une clé est généralement en acier et est inséré ou monté entre l'arbre et le moyeu du composant dans une direction axiale pour empêcher un mouvement relatif. Siège à clé est un évidement dans l'arbre et la rainure de clavette C'est l'évidement dans le moyeu pour recevoir la clé et ainsi verrouiller solidement le composant. Généralement, le terme siège de clavette est rarement utilisé car la rainure de clavette fait référence aux deux évidements dans l'industrie (Figure 2).

Les rainures de clavette de l'arbre et du moyeu sont souvent découpées sur des machines de pose de clés, mais peuvent également être réalisées à l'aide de brochage, fraisage, façonnage, rainurage EDM.

Des éléments de rétention tels que des cannelures, des accouplements flexibles, des joints coniques, etc. sont également utilisés. S'il s'agit d'une transmission de puissance très faible, des vis de réglage et des goupilles peuvent également être utilisées. Si les vis de réglage ou dans certains cas des joints à clavette doivent être utilisés, il doit y avoir une méthode de contraintes axiales telles que des circlips et des anneaux de retenue.

Avantages &limites des joints à clé

L'utilisation de clavettes d'arbre présente divers avantages et inconvénients. Par conséquent, une attention particulière doit être accordée aux détails les plus fins de la conception globale pour évaluer l'adéquation du joint à clavette.

Avantages des clavettes d'arbre et des joints à clavette

• Coût de fabrication bon marché
• Bien normalisé (ISO, BS, DIN et ANSI)
• Transmission à couple moyen à élevé
• Montage et démontage faciles, donc facilement réutilisables

Inconvénients des clavettes et des joints à clavette

• Ne convient pas aux charges directionnelles alternées et aux chocs
• Déplacement axial possible du moyeu à moins qu'il ne soit bloqué par un composant supplémentaire tel qu'une vis de réglage ou des bagues de retenue
• Avec le temps, le joint à clé peut devenir très difficile à démonter
• Les rainures de clavette introduisent un point de contrainte en raison de l'effet d'entaille et réduisent la résistance de l'arbre
• Introduit un déséquilibre de l'arbre
• Difficile de calculer et de combiner la capacité de charge et l'analyse de l'empilement de tolérance, d'où les joints à clavette surdimensionnés
• Pour transmettre la force axiale, il a besoin d'un verrou d'arrêt

Types de clés

Les clavettes sont disponibles dans une grande variété de types et de formes et peuvent être divisées en quatre catégories suivantes avec les sous-catégories. (Figure 3)

1. Clés enfoncées
   • Clés rectangulaires et carrées
   • Touches parallèles
   • Clés de tête de gib
   • Clé plume (jeu coulissant avec clés)
   • Clé Woodruff
2. Clés de selle
   • Clés de selle plates et creuses
3. Clés tangentes
4. Clés rondes/circulaires

Parmi les types de clés ci-dessus, la clé carrée parallèle et la clé aspérule sont probablement plus largement utilisées que les autres en raison de leur facilité d'utilisation et de leur coût.

Double clé – En raison des tolérances de fabrication et pour éviter les doubles ajustements, une seule clavette parallèle est utilisée, mais les doubles clavettes sont parfois utilisé pour des charges peu fréquentes très élevées. Ceci ne doit être pris en compte que si le matériau est ductile. Pour ceux-ci, les calculs doivent être basés sur une clé parallèle et demie.

Clés coulées

Les clés enfoncées sont enfoncées dans l'arbre sur la moitié de son épaisseur, où la mesure est prise sur le côté de la clé. Pas le long de la ligne médiane à travers l'arbre. (Figures 4 et 5)

Clés rectangulaires/carrées

Clés rectangulaires comme illustré sont plus larges que leur hauteur et sont parfois appelées une clé plate. Ceux-ci sont utilisés sur des arbres jusqu'à environ 500 mm ou 20″ de diamètre. La largeur de clé supplémentaire lui permet de transmettre un couple plus important sans augmenter la profondeur. Une augmentation de la profondeur signifie un arbre plus faible en raison d'une réduction de la section efficace de l'arbre.

Clés carrées comme leurs noms l'indiquent, ce sont des clavettes à section carrée et généralement spécifiées pour des arbres jusqu'à environ 25 mm ou 1″. Ils peuvent être utilisés pour des arbres plus grands lorsqu'une profondeur de clé plus profonde est souhaitable par rapport aux clés rectangulaires. Une augmentation de la profondeur signifie un arbre plus faible en raison de la réduction de la section efficace de l'arbre.

Les clés carrées et rectangulaires peuvent avoir une conicité de 1 sur 100 sur toute la longueur de la clé, comme illustré à la figure 6.

Touches coulées parallèles

Les clés enfoncées parallèles peuvent être des sections rectangulaires ou carrées mais sans le cône. Ces clés sont peu coûteuses et facilement disponibles. C'est l'un des plus faciles à installer. Mais les clés doivent être idéalement maintenues par une vis de réglage à travers le moyeu. Parce que les vibrations ou l'inversion du sens de rotation poussent souvent la clé vers l'extérieur.

Ces clavettes sont généralement bien ajustées au bas de la rainure de clavette de l'arbre et sur les côtés du joint à clavette, laissant un jeu au sommet de la rainure de clavette du moyeu.

Clés à tête enfoncée

Des clés enfoncées frontales Gib sont ajoutées pour faciliter le retrait. Comme le montre la figure 8, les clés à tête fraisée Gib sont généralement des clés rectangulaires ou carrées avec un cône sur la surface supérieure pour assurer un ajustement serré.

Clés plumes

Les clavettes sont fixées à l'arbre ou au moyeu pour permettre un mouvement axial relatif. Comme le montre l'image, il y a trois principales plumes. Double tête , Plume cheville et Clé Plume . Cela permet la transmission de puissance entre l'arbre et le moyeu avec ses faces opposées parallèles, tout en lui permettant de coulisser.

Clés Woodruff

La clé Woodruff est un disque semi-circulaire et s'insère dans un évidement circulaire de l'arbre qui est usiné par un coupe-clavette Woodruff. Ces clavettes en bois sont principalement utilisées dans les machines-outils et les arbres d'automobiles de ¼" à 2½" (6 mm à 60 mm) de diamètre. Les clés Woodruff ne sont pas capables de supporter la même charge que les longues clés parallèles.

L'avantage de la clé Woodruff est qu'elle est capable de s'adapter à n'importe quel cône dans la rainure du moyeu, sa captivité et sa profondeur empêchent la clé de se retourner.

Les inconvénients ou les inconvénients des clavettes en bois sont que la profondeur de la rainure de clavette affaiblit l'arbre, elles ne peuvent pas être utilisées comme clavette, sont difficiles à installer et courtes et ne peuvent pas supporter trop de charge.

Clés de selle

Par rapport aux clés enfoncées, les clés de selle ne sont pas enfoncées dans l'arbre et le moyeu, mais elles ne sont enfoncées que dans le moyeu. Ils sont soit assis sur un plat ou sur la circonférence de l'arbre. La transmission de puissance est obtenue par frottement entre l'arbre et la clavette. Comme le montre la figure ci-dessous, les clés de selle peuvent être subdivisées en selle plate et Clés de selle creuses et ne conviennent qu'aux charges légères pour éviter de glisser le long de l'arbre.

Une clé de selle plate est conique en haut et plate en bas, comme illustré à la figure 13. La clavette s'insère dans une rainure de moyeu conique en appuyant sur la face plate de l'arbre

Une clé de selle creuse est effilée en haut et incurvée en bas, comme illustré à la figure 14. La clavette s'insère dans une rainure de moyeu conique et est poussée vers le bas sur la surface circonférentielle incurvée de l'arbre.

Touches tangentes

Les clavettes tangentes ou parfois appelées clavettes tangentielles sont montées par paire à angle droit comme illustré à la figure 15, où chaque clavette résiste à la torsion dans un seul sens. Ceux-ci sont utilisés dans les grands arbres à usage intensif.

Clés rondes/circulaires

Les clavettes rondes sont de section circulaire et s'insèrent dans des trous percés en partie dans l'arbre et en partie dans le moyeu. Ils ont l'avantage d'être faciles à fabriquer car leurs rainures de clavette peuvent être percées et alésées après l'assemblage des pièces d'accouplement. Les clés rondes sont généralement considérées comme les plus appropriées pour les lecteurs à faible puissance.

Conception de rainure de clavette et dimensionnement de clé

La sélection de la clé d'arbre est cruciale pour éviter une défaillance prématurée des joints à clé. Lisez « Sélection de clavette d'arbre et guide de conception de clavette d'arbre » pour comprendre comment calculer les contraintes de cisaillement et de compression sur la clavette d'arbre. L'article traite également des facteurs critiques tels que le matériau de la clé, le type de charge, l'ajustement correct, etc. à prendre en compte lors de la conception du mode de réalisation du joint à clé.

Normes et spécifications

Reportez-vous aux dimensions et tolérances tabulées des rainures de clavette métriques pour les clavettes parallèles et les clavettes en bois selon BS 4235-1:1972. Outre les tolérances de taille de rainure de clavette et les tailles de profondeur de rainure de clavette, certaines normes fournissent également des informations sur la taille de clé recommandée, la profondeur de rainure de clavette en fonction du diamètre de l'arbre

• Les recommandations concernant la taille, la longueur et la profondeur de la rainure de clavette en fonction du diamètre de l'arbre sont fournies dans les normes ASME B17.1-1967, ASME standard B17.2-1967
• Spécification pour clavettes et rainures métriques – Clefs parallèles et coniques BS 4235-1:1972
• La clavette correspondant au diamètre de l'arbre est également spécifiée dans la norme DIN 6888
• Clés tangentielles et rainures de clavette tangentielles pour les charges de choc alternées spécification DIN 268:1974
• Clés tangentielles et rainures de clavette tangentielles pour spécifications de charges constantes DIN 271:1974

Références

• Collins, J. A., Busby, H. et Staab, G. (n.d.). Conception mécanique des éléments de machine et des machines. John Wiley et fils.
• Hamrock, B. J., Schmid, S. R. et Jacobson, B. O. (2006). Principes fondamentaux des éléments mécaniques :Bernard J. Hamrock, Steven R. Schmid, Bo O. Jacobson . Boston :enseignement supérieur McGraw-Hill.
• Kurt M. Marshek, Robert C. Juvinall (2021). Fondamentaux de la conception de composants de machines. John Wiley et fils.