Clous hélicoïdaux contre goupilles fendues : facteurs clés pour une fixation optimale

Dans l'assemblage mécanique, il est essentiel d'assurer des connexions fiables entre les composants. Les goupilles élastiques, en tant qu'éléments de fixation courants, sont largement utilisées en raison de leurs propriétés élastiques uniques. Cependant, les ingénieurs sont souvent confrontés à des défis de sélection lorsqu'ils doivent choisir entre deux principaux types : les goupilles hélicoïdales et les goupilles fendues.

Les goupilles élastiques, également appelées goupilles élastiques ou goupilles à enroulement, sont des fixations mécaniques utilisées pour fixer deux composants ou plus. Contrairement aux goupilles pleines, les goupilles élastiques présentent des structures tubulaires creuses généralement fabriquées en acier à ressort ou en d'autres matériaux élastiques. Cette conception offre une élasticité radiale importante, permettant une adaptation aux tolérances de diamètre d'alésage tout en fournissant une force de connexion fiable.

Comparées aux goupilles pleines, les goupilles élastiques offrent une rigidité radiale inférieure. Bien que les goupilles pleines rectifiées avec précision avec des trous alésés correspondants puissent atteindre une grande précision, cette approche s'avère coûteuse. L'élasticité des goupilles élastiques s'adapte à des tolérances d'alésage plus importantes, ce qui réduit la difficulté et le coût de l'usinage. Lorsqu'elles sont correctement sélectionnées, les goupilles élastiques n'endommagent pas les alésages hôtes, ce qui facilite la maintenance et le remplacement.

Les goupilles fendues se caractérisent par leur section transversale en forme de C et leur fente axiale. Bien que leur origine exacte reste floue, elles sont utilisées depuis longtemps dans les machines modernes. Quatre normes industrielles régissent actuellement les goupilles fendues : ASME B18.8.2, ASME B18.8.4M, ISO 8752 et ISO 13337.

Les goupilles hélicoïdales présentent une section transversale en spirale distinctive à 2¼ tours. Leur historique de développement est bien documenté - inventées en 1948 par Herman Koehl pour résoudre la fixation des rotors de moteurs à réaction sous des vibrations extrêmes. Contrairement aux goupilles pleines rigides qui transfèrent les charges dynamiques aux parois des alésages, les goupilles hélicoïdales combinent la résistance pour résister aux forces opérationnelles avec l'élasticité pour les absorber, protégeant ainsi l'intégrité du matériau de l'alésage.

Disponibles en trois classes de charge pour différentes applications et matériaux, les goupilles hélicoïdales suivent les normes ISO 8750, ISO 8748, ISO 8751, ASME B18.8.2 et ASME B18.8.3M - toutes essentiellement équivalentes.

La différence fondamentale réside dans la conception de la section transversale. Les goupilles fendues utilisent un matériau plus épais formant une forme de C, tandis que les goupilles hélicoïdales utilisent un matériau plus fin dans une configuration en spirale. Cela a un impact significatif sur l'élasticité.

Les goupilles fendues ont une déformation élastique limitée avant de devenir des tubes rigides, ce qui peut entraîner une défaillance prématurée. Les goupilles hélicoïdales maintiennent une élasticité quasi infinie après l'installation, absorbant en continu les vibrations et les chocs pour maximiser la durée de vie des composants.

Les goupilles fendues présentent des conceptions à extrémité ouverte qui peuvent provoquer un emboîtement dans l'assemblage automatisé, ce qui peut potentiellement bloquer l'équipement d'alimentation. La section transversale fermée des goupilles hélicoïdales empêche l'imbrication et offre des surfaces de rotation lisses - particulièrement précieuses dans les applications de charnières.

Les goupilles hélicoïdales démontrent une résistance uniforme quelle que soit la direction de la charge, tandis que la résistance au cisaillement des goupilles fendues varie d'environ 5 % en fonction de l'orientation de la fente par rapport à la charge.

Certaines normes de goupilles fendues définissent vaguement le diamètre du chanfrein comme « inférieur au diamètre nominal de la goupille », ce qui peut potentiellement entraver l'alignement automatique. Les goupilles hélicoïdales présentent des chanfreins contrôlés avec précision avec des bords roulés lisses pour une installation sans problème.

Les goupilles fendues présentent souvent des faces d'extrémité non perpendiculaires en raison des méthodes de fabrication, ce qui peut potentiellement causer des problèmes d'alimentation dans l'automatisation. Les goupilles hélicoïdales maintiennent des extrémités perpendiculaires pour l'alignement automatique avec les outils d'installation, assurant une insertion droite et une application uniforme de la force.

Les goupilles hélicoïdales surpassent les goupilles fendues dans les applications dynamiques impliquant des vibrations, des chocs ou des charges variables. Des recherches montrent que les goupilles hélicoïdales dépassent de manière significative les goupilles fendues en termes de performances aux tests de fatigue en ce qui concerne à la fois la charge ultime et le nombre de cycles à des charges données.

Les goupilles fendues épuisent la plupart de leur élasticité lors de l'installation, fonctionnant ensuite comme des goupilles pleines en transférant les charges directement au matériau hôte. Leur durée de vie diminue d'environ 50 % lorsqu'elles sont chargées perpendiculairement à la fente, tandis que les goupilles hélicoïdales maintiennent des performances indépendantes de la direction.

Pour les environnements hautement automatisés, la combinaison de conception sans fente, d'extrémités perpendiculaires, de chanfreins roulés et de force d'installation constante des goupilles hélicoïdales minimise les temps d'arrêt et assure un assemblage fiable.

Le choix entre les goupilles hélicoïdales et les goupilles fendues dépend des exigences de l'application, des caractéristiques de la charge, du niveau d'automatisation et des considérations budgétaires. Les goupilles hélicoïdales s'avèrent généralement supérieures pour les charges dynamiques élevées et l'assemblage automatisé, tandis que les goupilles fendues peuvent suffire pour les applications statiques à faibles vibrations où le coût est primordial.