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PolskaLes avantages des Goupilles Élastiques Spiralées légères
Par Adolf Valasek - Ingénieur d'application
Avantages généraux des Goupilles élastiques
Les Goupilles élastiques sont éléments de fixation mécaniques utilisées pour diverses fonctions, notamment : l’articulation, l’alignement et l’assemblage de deux ou plusieurs pièces. Leur méthode de retenue repose sur une tension radiale résultant de leur interférence avec le composant hôte. La principale différence par rapport aux autres méthodes de fixation qui reposent sur l'interférence réside dans le fait que les Goupilles élastiques sont conçues pour être l'élément souple et flexible de l'assemblage. Elles exercent une tension radiale constante contre la paroi du trou et peuvent protéger le composant hôte contre toute déformation ou tout autre dommage permanent du perçage. Grâce à leur diamètre flexible, les Goupilles élastiques permettent également une tolérance de trou beaucoup plus large, ce qui réduit le coût de fabrication du composant hôte.
Le terme « goupille élastique » est toutefois un terme général. Il existe d'autres types de fixations qui répondent à la définition ci-dessus, dont deux sont les plus courantes : les goupilles Élastiques Fendues et les goupilles Élastiques Spiralées. Les goupilles Élastiques Fendues sont surtout connues pour leur section transversale en forme de C, tandis que les Goupilles Élastiques Spiralées ont une section transversale de 2 ¼ spires et constituent l'option la plus flexible, car elles sont constituées de plusieurs spires de matériau plus fin et ne comportent pas de fente qui limiterait leur flexibilité lors de la compression.
À gauche : Goupilles Élastiques Spiralées, à droite : Goupilles Élastiques Fendues
Les trois fonctions et leurs différences
La Goupille Spiralée est disponible en trois versions : légère, standard et lourde. Les concepteurs ont ainsi la possibilité de choisir l'équilibre optimal entre la résistance, la flexibilité et le diamètre de la goupille pour leur application spécifique. Les trois versions ont la même formation hélicoïdale de 2 ¼, la différence physique fondamentale entre elles étant l'épaisseur du matériau brut, et par conséquent leur flexibilité et leur résistance.
Les goupilles Élastiques Spiralées sont disponibles en trois rôles : lourde, standard et légère.
En général, le « rôle » optimal est déterminé par le matériau hôte de l'application et sa résistance/dureté, ainsi que par les exigences fonctionnelles réelles de la goupille dans l'assemblage. La version pour usage léger est recommandée pour les plastiques, les pièces moulées en métal tendre (telles que les pièces moulées sous pression en zinc et en aluminium) et les matériaux fragiles tels que la céramique. La version pour usage standard est recommandée pour les aciers doux (tels que les aciers non traités thermiquement et la fonte) et les métaux non ferreux (tels que le bronze et l'aluminium), tandis que la version pour usage intensif est réservée aux aciers trempés ou aux environnements soumis à des chocs et des vibrations importants. Le type de matériau hôte ne limite toutefois que l'utilisation des applications à usage intensif, l'objectif étant de concevoir une goupille suffisamment solide pour résister à la charge appliquée, mais suffisamment flexible pour isoler et protéger le matériau tendre ou fragile du trou contre les forces. Une goupille trop rigide pour la charge appliquée et le matériau hôte ne fléchirait pas et pourrait donc endommager le trou et entraîner une défaillance de l'assemblage. D'autre part, les goupilles spiralées à usage léger peuvent être utilisées dans tous les types de matériaux hôtes. Cela rend les goupilles spiralées à usage léger extrêmement polyvalentes, en particulier lorsqu'elles sont utilisées dans des applications d'alignement où la force appliquée sur la goupille est limitée.
Comparaison de résistance
La goupille Spiralée pour usage léger est la plus flexible des trois, mais elle offre néanmoins une résistance suffisante pour la plupart des applications. En fait, le nom « usage léger » ne rend pas justice à sa résistance réelle.
Le tableau 1 présente une comparaison entre les goupilles Spiralées en acier à haute teneur en carbone pour usage léger et les goupilles Pleines en acier à faible teneur en carbone, conformément à la norme ASME B18.8.9M.
La différence de résistance de la goupille rainurée varie de seulement 1,2 kN à 8,2 kN de plus que celle de la goupille Élastique Spiralée série légère. Étant donné que la majorité des assemblages qui utilisent des goupilles Élastiques Spiralées série légère sont constitués de matériaux mous ou fragiles, la résistance de la goupille Élastique Spiralée sérieè légère est souvent plus que suffisante et dépasse même souvent la résistance du matériau hôte. (Croyez-le ou non, la résistance d'une seule goupille à ressort hélicoïdale à usage léger de 6 mm suffit à soutenir une voiture particulière !) De plus, la grande majorité des applications ne subissent que des charges représentant une fraction de la résistance de la goupille. (N'oubliez pas que nous parlons ici de kilo-Newtons, soit des centaines et des milliers de kilogrammes de charge). En ce sens, la résistance légèrement supérieure de la Goupille Pleine n'apporte souvent aucun avantage à l'assemblage, car elle n'est pas nécessaire. En général, si la goupille ne fait pas partie d'un mécanisme de transmission de puissance ou ne supporte pas de charges importantes, sa résistance ultime au cisaillement n'est pas un sujet de préoccupation.
| Diamètre (mm) | 2.5 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8 | |
| Résistance au cisaillement double (kN) | Goupille Spiralée à usage léger | 2.3 | 3.3 | 5.7 | 9 | 13 | 23 |
| Goupille pleine rainurée | 3.5 | 5 | 8.8 | 13.8 | 19.9 | 31.2 | |
| Différence de résistance (kN) | 1.2 | 1.7 | 3.1 | 4.8 | 6.9 | 8.2 | |
Tableau 1
Avantages de la goupille Spiralée à usage léger
Le choix d'une goupille Spiralée à usage léger pour une application peut apporter de multiples avantages à l'assemblage, tant sur le plan fonctionnel que commercial.
Force d'insertion réduite
L'avantage le plus notable d'une goupille à usage léger est sa force d'insertion réduite grâce à une plus grande flexibilité. La force d'insertion d'une goupille Spiralée à usage léger est inférieure de 50 % à celle d'une goupille Spiralée à usage standard et de 75 % à celle d'une goupille Spiralée à usage intensif et d'une goupille fendue. De plus, les goupilles Spiralées à usage léger offrent le meilleur rapport entre la résistance au cisaillement et la force d'insertion. Ainsi, lorsqu'il n'y a aucune restriction quant au diamètre de la goupille, il sera toujours plus facile d'installer une goupille Spiralée à usage léger de plus grand diamètre qu'une goupille Spiralée standard ou à usage intensif de plus petit diamètre offrant une résistance au cisaillement équivalente. L'installation manuelle de goupilles Spiralées à usage léger sera moins pénible pour les ouvriers chargés de l'assemblage, ce qui améliorera l'ergonomie et la sécurité de la chaîne de montage.
Coût d'assemblage réduit
Les goupilles spiralées à usage léger sont composées de moins de matière première (comme décrit précédemment), ce qui se traduit par un prix unitaire inférieur à celui des autres types de goupilles. Mais ce qui est encore plus intéressant, c'est le potentiel de réduction des coûts globaux d'assemblage. Étant donné la force d'insertion réduite des goupilles Élastiques Spiralées, l'équipement d'installation des fixations n'a pas besoin d'être aussi puissant, ce qui permet de réduire les dépenses en biens d'équipement. En fait, si l'on compare une goupille spiralée à usage léger à une goupille pleine et que l'on tient compte du coût moindre des matériaux, du coût moindre de l'équipement d'installation et du coût moindre de fabrication du diamètre de trou requis dans le matériau hôte, la goupille spiralée à usage léger présente le coût global d'assemblage le plus bas !
Protège le composant hôte
Compte tenu de la flexibilité supérieure de la Goupille Élastique Spiralée à usage léger, la pression radiale et la contrainte exercées sur le matériau hôte sont les plus faibles de toutes les options de Goupilles Élastiques Spiralées, ce qui réduit le risque d'endommagement de l'hôte, même dans des conditions de cisaillement. Cette propriété rend les Goupilles Élastiques Spiralées parfaites pour les matériaux tendres et fragiles, ainsi que pour les applications où le joint doit rester fonctionnel. La figure 1 montre une comparaison des contraintes radiales créées par différentes Goupilles Élastiques Spiralées. Plus les bandes autour du diamètre de la goupille sont larges et colorées, plus la goupille exerce de contrainte sur le matériau du trou.
Figure 1
De gauche à droite : goupille pleine, goupille fendue, goupille spiralée à usage intensif, goupille spiralée à usage standard, goupille spiralée à usage léger
Applications typiques où l'usage léger règne en maître
Alignement
Dans une application d'alignement typique, la goupille sert uniquement à aligner deux composants pendant l'assemblage. Une fois fixée par d'autres méthodes de fixation, la goupille n’a plus aucun rôle fonctionnel. Au cours de ces étapes, la force de cisaillement appliquée à la goupille est quasi nulle. Les composants traditionnels utilisés pour les applications d'alignement sont des goujons solides rectifiés avec précision, des goujons formés à froid, des goujons à ressort et des goupilles Élastiques Spiralées. Les goujons à ressort et les goupilles Élastiques Spiralées ne nécessitent pas une tolérance aussi stricte pour le trou hôte et facilitent également l'assemblage. Les goujons à ressort et les goupilles Élastiques Spiralées sont des composants beaucoup moins coûteux que les goujons rectifiés usinés avec précision. Parmi les différentes fonctions des goupilles Élastiques Spiralées, les goupilles à usage léger accentuent tous ces avantages et constituent une excellente solution pour la plupart des applications d'alignement.
Pour un exemple détaillé d’application des goupilles spiralées à usage léger dans l’assemblage d’un corps de valve automobile en aluminium, consultez notre Application Story.
Goupilles Élastiques Spiralées à usage léger dans l’assemblage d’un corps de valve automobile en aluminium
Charnières
Les charnières à commande manuelle ou à pivot simple sont un autre exemple qui n'impose pas d'exigences élevées en matière de résistance au cisaillement. Elles constituent donc une excellente application pour les goupilles Élastiques Spiralées à usage léger en termes de facilité d'assemblage et de coût global, tout en offrant une solution hautement fonctionnelle. Avec les goupilles Élastiques Spiralées à usage léger, il est également très simple d'obtenir une charnière à friction de haute qualité.
Les boîtiers cosmétiques constituent un sous-ensemble particulier de ce segment, où des goupilles spiralées extra-légères spécialement développées avec 1 ½ spire sont la solution standard de l'industrie pour les charnières de boîtiers de haute qualité.
Les goupilles spiralées légères sont utilisées comme goupilles de charnière à ajustement libre dans la protection des lames de scies circulaires.
Les goupilles spiralées cosmétiques de la série 550 de SPIROL offrent une charnière à friction de haute qualité pendant toute la durée de vie de l'assemblage.
Fixation
Dans les situations où deux composants sont assemblés et où le joint n'est pas soumis à des contraintes ou à des charges importantes, une Goupille Spiralée légère est un excellent choix car elle permet de tirer parti de tous ses avantages. Parmi les exemples typiques, on peut citer les joints entre des composants en plastique et en métal (tels que les jauges d'huile), les assemblages arbre/moyeu (sans transfert de couple), etc.
Conclusion
En conclusion, les goupilles élastiques spiralées pour usage léger offrent de nombreux avantages dans de nombreuses applications, notamment des coûts de composants et d'assemblage globaux réduits, la protection des matériaux hôtes et une installation facile. Ainsi, les goupilles élastiques spiralées pour usage léger doivent toujours être envisagées dans les applications sans charge élevée.
SPIROL offre des services d'assistance technique de l’application gratuite. Si vous travaillez sur une nouvelle conception ou si vous souhaitez obtenir de l'aide pour améliorer un assemblage existant, contactez SPIROL dès aujourd'hui !
Une goupille spiralée à usage léger maintient l’anneau en plastique sur la tige métallique d’une jauge d’huile automobile. Ces goupilles peuvent être facilement installées à l’aide du modèle PM Manual Pin Inserter de SPIROL.
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