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Les clavettes
INTRODUCTION:
Le but d'un clavetage est de rendre solidaire en rotation 2 pièces coaxiales (l'arbre et l'alésage (le moyeu)).
Un arrêt en translation doit être ajouté obligatoirement pour constituer une liaison encastrement.
Le clavetage est une solution démontable et c'est le choix de l'arrêt en translation qui risque de la rendre permanente.
PRESENTATION DE LA SOLUTION:
LES CLAVETTES PARALLÈLES:
Il existe 3 formes de clavettes parallèles répondant toutes à la norme NF E 22-177:
FORME A FORME B FORME C
Selon l'emplacement dans le mécanisme et la forme de la rainure on optera pour une ou l'autre des formes de clavettes parallèles.
Les dimensions et les tolérances des rainures dans chaque pièce sont gérés par la norme NF E 22-175.
MISE EN SITUATION DES DIFFÉRENTES DIMENSIONS
TOLÉRANCES DES DIFFÉRENTES DIMENSIONS
A partir du Ø de l'arbre ou du moyeu (Ød), on choisit les dimensions de la clavette, puis on détermine les dimensions des rainures de clavette dans chaque pièce avec leurs tolérances.
On fournit ci-dessous un extrait de dimensions normalisées pour le montage des clavettes parallèles:
DESIGNATION NORMALISÉE DES CLAVETTES PARALLÈLES:
A partir des choix effectués, la désignation normalisée s'écrit de la façon suivante:
Exemple pour une clavette de forme B pour un arbre de Ø80. La section nominale de la clavette est: 22(a)x 14(b) et la longueur choisie est 100mm (l):
Clavette parallèle, forme B, 22x14x100, NFE 22-117.
Clavette inclinée
La clavette a talon
Ce sont des clavettes à talon
Cette clavette talon comporte une surface
inclinée avec une pente de 1/100.
Représentation 2D en 4 vues.
Observez comment l’on cote la longueur L de cette clavette.
Un plan de jauge est défini à une distance h du talon.
Je vous rappelle que h représente la hauteur normalisée de la clavette.
Dans la coupe transversale, il n’y a plus
de jeu représenté.
En principe on réalise une pente de 1/100 également au niveau du fond de la rainure
du moyeu.
La position du talon à une distance h du moyeu, permet d’envisager une certaine
commodité pour le demontage.
La clavette inclinée
Une clavette talon sans talon s’appelle une clavette
inclinée.
Un plan de jauge est défini à l’extrémité haute de la clavette.
Je vous rappelle que h représente la hauteur normalisée de la clavette.
Le positionnement latéral du moyeu obtenu par coincement
manque de précision avec ce genre de clavette.
Synthèse
Voici une figure de synthèse.
Les fabricants vous proposeront ces clavettes avec des finitions de type chanfrein ou arrondi, le plan de jauge peut parfois être défini au bord
du talon et les dimensions du talon peuvent légèrement variées.
Pour les dimensions de ces clavettes, on trouve la même chose que pour les
clavettes parallèles.
La différence principale provenant des ajustements latéraux dans les deux rainures, qui sont très légèrement glissants.
On utilise la face supérieure de ces clavettes qui
sont inclinées à 1/100 et l’on usine également la
rainure dans le moyeu avec une pente de 1/100
aussi.
Par contre la rainure dans l’arbre, elle reste
parallèle à son axe en profondeur.
Bien sûr on pourrait globalement faire l’inverse, mais il faut bien se rendre
compte que l’objectif avec cette clavette est de créer une liaison complète
par adhérence entre le moyeu et l’arbre.
Ce genre de clavetage présente l’inconvénient d’excentrer très légèrement
le moyeu par rapport à l’arbre et crée des contraintes d’extension dans le
moyeu dont il faut tenir compte pour la fiabilité de la liaison.
Clavettes parallèles
Voici le plan
Présentation
-Vocabulaire
-Les produits industriels
Principe général
-La norme DIN 6885 -Pour les dimensions caractéristiques
-Pour les ajustements
Les usinages
-L’arbre et ses rainures -Usinage d’une rainure avec fraise deux tailles travaillant en bout avec clavette
parallèle de forme A.
-Usinage d’une rainure avec fraise disque avec clavette parallèle de forme B.
-Usinage d’une rainure avec fraise deux tailles travaillant en bout avec clavette
parallèle de forme C.
-Représentations 2D en fonction de l’usinage et de la forme de la clavette.
-Attention !
-Le moyeu et ses rainures -Rainure débouchante
-Rainure débouchante par brochage
-Rainure non débouchante (gorge)
-Rainure non débouchante (perçage transversal)
Ensemble monté.
-Montage claveté avec une clavette parallèle de type A
-Montage claveté avec une clavette de type B
-Montage claveté avec une clavette de type C
-Coupe transversale
Présentation
Je vais définir ici en traitant des clavettes parallèles beaucoup de notions applicables aux autres types de clavettes.
Vocabulaire
Mettons au net le vocabulaire des éléments
technologiques entrant en jeu.
La clavette :
C’est un élément technologique standard, et comme il existe différentes formes de clavettes :
eh bien il a bien fallu leur donner des noms.
Une approche technologique va nous aider à répondre à cette question "Comment est proposé ce produit ?"
Les produits industriels
En construction mécanique, voila l’image la plus
commune que l’on se fait d’une "Clavette"
Manutan
Voila si vous observez le catalogue d’un marchand de clavette,
vous pourriez rencontrer cela :
déjà il appelle cela une clavette rectangulaire (c’est un drôle de
rectangle),la norme doit dire plutôt "parallèle"
Eh au fait quel norme ?…. il la rappelle, "DIN 6885"
Il classe cet objet dans la réalisation de liaison par obstacle, c’est bien
vrai et indique qu’elle est de forme A, c’est bien vrai également.
Dans ce catalogue ils nous donne les trois dimensions du
parallélépipède rectangulaire qui est le volume enveloppe de
cette clavette à bouts ronds (Forme A) (on regardera un peu
plus loin les autres formes)
On peut aussi se faire une petite idée du prix de cet élément
Il nous rappelle avec insistance les tolérances de fabrications de
cet élément, on peut donc en déduire que cela doit être utile…
Pour nous aider à choisir il propose un petit mémo, mais ici c’est pour des
clavettes dans un matériaux Inox.
Observez ce mémo, on y constate que la taille de la clavette change en
fonction du diamètre de l’arbre ou de l’alésage du moyeu.
Il est vrai que la norme a standardisé cet objet de façon à ne pas multiplier les
dimensions.
Sinon l’on verrai apparaître des petits arbres avec des très grosses clavettes
ou bien des gros arbres avec des toutes petites clavettes.
L’expérience des concepteurs est rentré en jeu.
Principe général
La norme DIN 6885
Ici je matérialise donc que lorsque l’on a le diamètre
"d" de l’arbre et bien la largeur b de la clavette
s’impose par la norme.
Et du coup la profondeur de chaque rainure aussi.
Dans la majorité des documents scolaires que vous
rencontrerez, la profondeur des rainures sont définies
par les cotes appelées J et K
Pour les dimensions caractéristiques
Dans les catalogues vous pouvez trouver cela sous cette
forme.
Faites attention regardez bien l’ambiguïté de
représentation de la cote h2 qui doit se retrancher de "d"
pour obtenir "j" ainsi que de la cote h3 qui doit s’ajouter
à "d" pour obtenir "k".
Ici la largeur de la clavette est noté "L1"
On voit ici une tolérance JS10 pour la largeur de la clavette,
alors que nos documents scolaires en général tirés des
normes nous indiquent h9.Cela n’est pas très grave, car le
JS10 sera juste un peu plus serré que le h9 dans une rainure
réalisée en principe en N9.
La colonne en couleur bleu foncée de droite correspond à un
clavetage avec clavette mince.
Pour les ajustements
Bon résumons un peu tout cela:
Trois situations de clavetage sont envisagées, libre, neutre et
serré.
La clavette étant l’élément standard, celle-ci a toujours la même
tolérance sur largeur b et sa profondeur h (ou hauteur).
Quelque soit la situation la clavette est toujours montée sans jeu
dans la rainure de l’arbre, de léger serrage (h9-H9) jusqu’ a très
serré (h9-P9) .
Par contre c’est dans l’ajustement entre la clavette et la rainure
radialement que l’on passe de glissant(h9-D10) à serré(h9-P9).
Bon voyons un peu les rainures réalisées sur l’arbre.
Les usinages
L’arbre et ses rainures
www.raffy.fr/fichiers/savoir-faire.php
Usinage d’une rainure avec fraise deux tailles travaillant en bout avec clavette parallèle de forme A
Pour réaliser la rainure dans l’arbre, on
dispose de nombreux modes de fabrications.
Par exemple sur cette vidéo je vous propose
de voir le principe d’usinage d’une rainure
avec une fraise "de bout".
Usinage d’une rainure avec fraise disque avec clavette parallèle de forme B
Sur cette vidéo je vous propose de voir le principe
d’usinage d’une rainure avec une fraise "disque",
dans laquelle il est logique d’y installer une clavette
de forme B.
Usinage d’une rainure avec fraise deux tailles travaillant en bout avec clavette parallèle de forme C
Sur cette vidéo je vous propose de voir le
principe d’usinage d’une rainure avec une
fraise "de bout" en bout d’arbre avec
insertion d’une clavette de forme C
Si une rainure s’usine et bien elle se mesure et elle est contrôlé…
Représentations 2D en fonction de l’usinage et de la forme de la clavette.
Ici je vous propose d’analyser la représentation graphique 2D, longitudinale de la clavette dans la rainure
de l’arbre.Toutes ces représentations sont acceptables.
La différence provient principalement de la volonté de précision et du nombre de renseignements que l’on
désire fournir sur ce dessin.
Une clavette en coupe longitudinale ne se hachure pas.
Quelque soit la représentation 2D longitudinale, une coupe transversale
donnera ce résultat.
La clavette est ajustée "serré" (on devrait dire sans jeu) latéralement et
l’on suppose celle-ci, sauf volonté particulière, enfoncée au maximum
dans son logement.
La figure de droite respecte avec plus d’exactitude les proportions de
hauteur, de largeur et d’enfoncement de la clavette dans l’arbre.
Attention !
Vous pouvez remarquer que contrairement à beaucoup de livres scolaires, je ne dessine pas les chanfreins.
C’est un choix qui me semble logique, car celui-ci est de très faible dimension et surcharge d’une façon trop importante un
dessin que vous avez bien du mal à représenter avec justesse.
Ensuite par exemple sur un dessin à l’échelle 1 avec une clavette de hauteur 6mm dans un arbre de diamètre 20 mm, ces
chanfreins qui sont en réalité des arrondis d’environ 0,3 mm, seront représentés avec un écartement d’environ 1mm, et du
coup prendront une importance figurative inutile.
Bon nous nous sommes occupés de la clavette avec son arbre, maintenant il nous reste à analyser l’usinage de la rainure dans le moyeu et après la représentation en 2D de l’ensemble claveté
Le moyeu et ses rainures
En un premier temps nous allons observer le principe général d’obtention d’une rainure débouchante dans un moyeu.
Je tiens à rappeler que je ne suis pas professeur de fabrication, et que je suis parfaitement conscient de la faiblesse de mes connaissances à ce sujet, mais toute connaissance est en interaction avec diverses disciplines connexes et je fais de mon mieux pour que mon enseignement ne soit pas isolé, car les connexions interdisciplinaires ont l’avantage de faciliter la mémorisation et la fixation dans notre cerveau des connaissances.
Rainure débouchante dans un moyeu
Ici vous pouvez observer le principe d’obtention d’une
rainure débouchante.
La machine en principe est une mortaiseuse.
Cela sous entend un usinage de petite et moyenne série.
Rainure débouchante par brochage
Ici vous pouvez observer le principe d’obtention
d’une rainure débouchante.
La machine ici est équivalente à une presse qui va
pousser la broche et obtenir de cette façon en
plusieurs passages la rainure désirée.
Pour amortir le coût de la broche il est évident que la
série de pièces doit être assez importante.
Maintenant observons une solution technique mainte fois rencontrée pour la réalisation d’un mortaisage d’une rainure non débouchante, en usinant une gorge pour pouvoir permettre le dégagement de copeau.
Rainure non débouchante dans un moyeu (gorge)
Ici vous pouvez observer le principe d’obtention d’une rainure non
débouchante.
La machine en principe est une mortaiseuse.
Cela sous entend un usinage de petite et moyenne série.
Le moyeu étant souvent de forme cylindrique, il peut être aisé de
réaliser une gorge, qui permettra le dégagement du copeau de
l’outil de mortaisage.
Observez bien le dessin en détail
Maintenant observons une solution technique mainte fois rencontrée également pour la réalisation d’un mortaisage d’une rainure non débouchante, en réalisant un simple perçage transversal.
J’en profite pour vous faire un petit rappel sur les notions de correspondance de vue en représentation 2D, connaissance qui fait appel à la "descriptive" retirées depuis longtemps de nos programmes.
Rainure non débouchante (perçage transversal)
Ici vous pouvez observer le principe d’obtention d’une rainure
non débouchante.
La machine en principe est une mortaiseuse.
Cela sous entend un usinage de petite et moyenne série.
Si le moyeu est volumineux pour obtenir une gorge il va falloir
une aléseuse, alors pour des raisons d’économie de fabrication,
un trou obtenu par perçage peu permettre également le
dégagement du copeau de l’outil de mortaisage.
ici je vous propose d’observer le
détail de ces formes bizarres,
avec les lignes de construction de
descriptive.
Voici une vue 3D de cette
intersection bien particulière
Maintenant observons l’utilisation classique d’un clavette parallèle pour la réalisation d’une liaison encastrement en bout d’arbre cylindrique.
Ensemble monté.
Montage claveté avec une clavette parallèle de type A
Ici je vous propose d’observer l’ordre de montage
des éléments qui composent cette liaison
encastrement entre un arbre et un moyeu.
Comme vous avez pu vous en rendre compte le bout
d’arbre est souvent muni d’un perçage taraudé en
bout, pour le maintient en position du moyeu
claveté.
Le moyeu en coupe (rouge) est en appui contre
l’épaulement réalisé sur l’arbre (bleu).
On aperçoit en jaune le coté de la rainure réalisée dans le
moyeu.
La clavette en gris, la rondelle d’appui qui va maintenir le
moyeu contre l’épaulement grâce à la vis H.
Ici vous avez l’occasion d’observer avec
soin la représentation 2D en coupe
longitudinale de cette liaison
encastrement.
Montage claveté avec une clavette de type B
Ici la différence provient donc de la fabrication de la
rainure dans l’arbre qui est obtenue par une fraise
disque trois tailles.
ici il est logique de mettre en place une
clavette de forme B.
La deuxième figure insiste sur les jeux à
mettre en place lors d’une représentation
graphique, sur un arbre de taille moyenne.
(de 10 à 50 mm de diamètre)
Ici vous pouvez observer une optimisation maximale de la
longueur de la clavette parallèle, qui devient une clavette
de forme B ou C chanfreinée (en demi bateau).
On ne voit plus la fin de la rainure dans l’arbre, celle-ci étant
cachée par la clavette.
Montage claveté avec une clavette de type C
Ici nous avons l’utilisation d’une clavette de forme C
dans une rainure réalisée avec une fraise de bout,
et cette rainure est débouchante vers la gauche
ici je vous propose une représentation 2D d’une variante similaire du
point de vue de la rainure dans l’arbre.
Vous pouvez observer la réduction de diamètre de l’arbre qui autorise
donc l’aspet débouchant de la rainure.
Vous pouvez aussi observer le maintien en position par une entretoise
avec chanfrein intérieur.
Observez aussi la coupe partielle qui est plus réduite.
Coupe transversale
Ici vous avez l’occasion d’observer avec soin la
représentation 2D en coupe transversale.
Le jeu au dessus de la clavette est à représenter
impérativement, sinon on considérera que le montage claveté
est un "montage forcé" utilisant une clavette parallèle
inclinée (ou pentue).
Je traiterai peut être plus tard de ce type de clavetage.
Remarque :
Plus l’ajustement au niveau du diamètre est serré, plus les
contraintes de fabrications devront prendre en compte des
contraintes géométriques de positionnement des rainures,
mais cela est d’un autre niveau et concerne les concepteurs,
alors qu’ici mon point de vue est plutôt utilisateur.
