Système de liaison arbres/moyeux

Ces systèmes permettent de lier en rotation un arbre avec un moyeu ou logement (exemples : poulie, roue dentée) et, par là, de transmettre des efforts (couple...). ;

I - liaisons par goupilles

Elles conviennent aux assemblages simples et économiques sous couples modérées. La goupille peut faire office de pièce de sécurité, seule pièce qui casse en cas de surcharge. En fonctionnement la goupille ne doit pas pouvoir s'échapper ; l'immobilisation doit être suffisante : à cette fin, utiliser des goupilles cannelées, coniques ou élastiques (voir dimensions chapitre 20 : éléments d'assemblage).

Inconvénient : le trou de perçage amène des concentrations de contraintes dans l'arbre.

1. Utilisation des goupilles.

II - liaisons par clavettes

1. Clavettes parallèles

Simples, économiques, elles sont souvent utilisées. Le couple transmissible, bien que plus élevé qu'avec les goupilles, reste limité. Aux couples élevés préférer les cannelures. Elles peuvent être utilisées comme organe de sécurité, seule pièce qui casse en cas de surcharge. Matériaux : aciers - R_r ≥ 600 MPa.

Inconvénient : les rainures affaiblissent les arbres et engendrent des concentrations de contraintes. Exemple de désignation : clavette parallèle, forme B, 14 x 9 x 50, NFE 22-177. Clavetage libre de 14 x 9, NFE 22-175.

2. Clavettes parallèles : principales dimensions normalisées.

2. Autres familles de clavettes

- Clavettes inclinées - NFE 2 2-176 et 178: pour clavetage forcé ; pente de 1 % pour clavette et moyeu ; variante avec talon ; formes A-B-C ; séries normales et minces.

- Clavettes disques - NFE 22-179 : pour petits diamètres (d < 65) et arbres coniques.

- Clavettes tangentielles - NFE 22-182 : clavetage avec 2 clavettes superposées de même pente.

III - Liaisons par cannelures et dentelures

1. Cannelures à flancs parallèles

Les plus anciennes, elles sont de plus en plus souvent remplacées par les cannelures en développante plus résistantes et moins bruyantes. Cependant, du fait de leur simplicité, elles sont encore utilisées dans les petites séries. Elles ne conviennent pas aux grandes vitesses de rotation.

Variantes : une série légère, plutôt pour assemblages fixes ; une série moyenne, plutôt pour assemblages glissants sous charges.

Pour les séries légères et moyennes, le centrage de l'arbre est réalisé sur le diamètre d (centrage intérieur), tolérance de symétrie sur B-IT7.

Exemple de désignation : cas de 8 cannelures, N = 8, d = 36 et D = 42.
Moyeu cannelé à flancs parallèles de 8 x 36 x 42, NF E 22-131.
Arbre cannelé à flancs parallèles de 8 x 36 x 42, NF E 22-131.

3. Cannelures à flancs parallèles NF E 22-131.

2. Cannelures à flancs en développante, de cercle

Elles sont une application indirecte des engrenages en développante (engrenages). Elles permettent de plus grandes vitesses de rotation et sont plus silencieuses que les précédentes.

Variantes : cannelures à fond plat, pour pièces minces, et cannelures à plein rayon, plus grande résistance à la fatigue. Quatre classes de tolérance (4-5-6-7) et six classes d'ajustement : serré H/k et H/js ; avec jeu incertain H/h ; avec jeu H/f, H/e et H/d.

4. Canelures en développante (NF E 22-141).

3. Dentelures rectilignes

Moins précises que les cannelures, elles sont plutôt réservées aux petits arbres et aux moyeux. Elles permettent le calage angulaire d'un organe de commande dans plusieurs positions et s'utilisent en général en assemblage fixe sans glissement sous charge (p = pas, Z = nombre de dents, d = diamètre primitif). Modules : 0,50-0,15-1,00-1,50.

Désignation : (d3 = 14, Z = 27) Dentelure rectiligne : 14 x 27, NF E 22-151.

5. Dentelures rectilignes NF E 22-151.

4. Axes dentelés pour petites commandes

Ces axes permettent le calage angulaire d'un organe de commande dans plusieurs positions. L'immobilisation de l'organe peut être obtenue par pincement, goupillage...

Applications : petits leviers de commande, axes de volants de robinets...

Désignation : dentures pour axe 10 NF L 32-350

6. Axes dentelés.

IV - Éléments d'assemblage Biconiques

II existe de nombreuses variantes, toutes basées sur le même principe : la liaison arbre-moyeu est obtenue par déformation et coincement d'une bague conique ou biconique fendue. Les vis sont serrées à la clé dynamométrique.

Avantages : utilisation d'un arbre lisse sans usinage, ni rainure de clavette, ni cannelures. Les grands diamètres sont possibles, de 500 à 1 000 mm, et les démontages faciles.

Certaines solutions ne réalisent pas le centrage entre arbre et moyeu.

Dans les tableaux de dimensions, les couples C₁ à C₂ et les charges axiales F₁ à F₂ sont les efforts transmissibles entre arbre et moyeu.

7. Éléments TLK 300, Ringblock RB 1060...	8. Tollok, TLK 200, Bikon 4000 ; RB 1120....
9. Bikon 1012 ; RB 1800 ; TLK400...

V - Frettage et emmanchements forcés

Ils permettent de réaliser les assemblages par ajustements serrés. Ces solutions sont intéressantes si l'assemblage arbre/moyeu n'est jamais démonté car le démontage est impossible sans destruction de la liaison.

10. Assemblages par ajustements serrés. Emmanchements à la presse.

11. Principe du frettage par contraction.

12. Principe du frettage par dilatation.

a) Emmanchements forcés : ils sont réalisés à la presse ou par un dispositif équivalent. Les deux pièces sont assemblées à la même température. La réussite dépend de la précision des formes, de l'état des surfaces et du mode opératoire.

b) Frettage : si les pièces sont de grandes dimensions, si l'assemblage à la presse n'est pas envisageable, si les assemblages exigent une certaine précision ou une manipulation délicate, on utilise le frettage.

Principe : le frettage est basé sur le changement des dimensions des objets suite à une variation contrôlée de la température. On note trois cas : le frettage par contraction de l'arbre, le frettage par dilatation du logement et le frettage par combinaison des deux.

Remarques :

- La contraction ou la dilatation de l'une des pièces rend l'assemblage possible. Le serrage est obtenu dès que les deux pièces retrouvent la même température (la température ambiante t °C).

- La rugosité des surfaces a une influence sur le serrage S. Arêtes et crêtes de rugosité sont écrasées à l'assemblage.

Si R_aA et R_aM sont les rugosités de l'arbre et du moyeu, prendre :

S' = S + 4(R_aA + R_aM) = serrage à appliquer

Exemple :

S = 0,20;R_aA = R_aM = 0,8um

S'= 0,20+ 4x2x0,0008 = 0,0264 mm

VI -Jaison arbre/moyeu par cône

La liaison par cône permet un assemblage sans jeu (radial) et évite l'usinage d'un épaulement. Cette propriété est abondamment utilisée pour le positionnement des outils de coupe dans le nez des broches des machines-outils.

Inconvénient : la position axiale précise entre arbre et moyeu est plus difficile à obtenir dans la mesure où une erreur (« tolérance ») sur le diamètre se retrouve amplifiée axialement (multipliée par tan (Φ/2)^-1).

13. Cônicité C, plan de jauge, suggestions de conception des liaisons par cône.

Plan de jauge : défini par le diamètre de jauge tolérance dj, c'est un plan qui sert de référence pour positionner axialement certains éléments. Ce plan est commun aux deux pièces à assembler.

Cotation d'un cône : elle nécessite l'angle Φ, le diamètre de jauge dj et une cote axiale b entre le plan de jauge et une surface de référence.

Coincement et non-coincement des cônes : si G est inférieur à deux fois l'angle de frottement (≈ 11,4° pour un contact acier/acier), il y a coincement entre l'arbre et le moyeu et la transmission d'un couple modéré est possible sans organe d'arrêt (clavette...). Les cônes morses normalisés pour outils fonctionnent sur ce principe. Si les valeurs de Φ sont supérieures à deux fois l'angle de frottement, le coincement n'est plus possible et la transmission des efforts exige des organes d'arrêt. C'est le cas des cônes 7/24 pour broches.

Série N°l (préférentielle) d'angles 6 normalisés (NF EN ISO 1119 ; norme GPS) : 120°-90°- 60°-450-300-1:3-1:5-1:10-1:20-1:50-1:100-1:200-1:500.