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Goupilles de serrage – Vue d’ensemble, conception et application

AssemblageConnaissances de baseDIN / EN / ISO / JIS

Les goupilles de serrage, ou goupilles à ressort, sont des éléments de fixation mécaniques en acier à ressort. Ces composants permettent de relier des pièces de manière sûre et fiable tout en offrant une certaine flexibilité. Elles sont faciles à installer et assurent une répartition uniforme des charges sur la surface de la goupille et dans l’alésage. Utilisées dans de nombreuses industries et applications, les goupilles de serrage sont particulièrement utiles lorsque l’on souhaite une connexion permanente sans utiliser de vis ou d’autres dispositifs de fixation.

Qu’est-ce qu’une goupille de serrage ?

Les goupilles de serrage, également appelées goupilles à ressort, appartiennent au groupe des connexions par boulons et par goupilles. Elles servent à assembler des composants de manière fiable et sécurisée. Elles sont souvent utilisées en complément d’autres fixations telles que des boulons ou des vis, et sont couramment employées dans des secteurs comme l’industrie automobile et la mécanique générale.

Les goupilles de serrage sont fabriquées en acier à ressort, formées en tube presque fermé ou en spirale. L’effet ressort permet à la goupille de serrage d’être comprimée sans subir de déformation plastique. Cette capacité de serrage provient de la tendance naturelle de l’acier à ressort à retrouver sa forme initiale après compression. Le degré de compression que peut atteindre une goupille de serrage dépend du matériau et du diamètre choisis pour l’application. De plus, un chanfrein conique à une ou deux extrémités de la goupille de serrage facilite son insertion.

Pour assembler deux composants avec une goupille de serrage, il suffit de percer un trou dans chaque pièce avec la tolérance adéquate, puis d’insérer la goupille. La goupille de serrage maintient ensuite fermement les deux éléments ensemble. L’insertion peut se faire à l’aide d’un marteau, d’une presse Arbor (aide à l’insertion) ou de machines spéciales pour un assemblage automatique.

L’un des avantages clés des goupilles de serrage réside dans leur capacité à transmettre de fortes forces de cisaillement sans nécessiter de conditions d’installation complexes ou de tolérances d’ajustement spécifiques. Comparées aux goupilles cylindriques, les goupilles de serrage ou goupilles à ressort permettent de relier plusieurs composants, compensant élastiquement les erreurs de distance centrale grâce à leur effet ressort. Le composant ressort garantit un positionnement précis même en cas d’oscillations ou de vibrations.

Caractéristiques spéciales des goupilles de serrage

Les goupilles de serrage sont fabriquées en acier à ressort et sont soumises à une tension lors de l’installation en raison de leur action élastique. Contrairement aux autres aciers, l’acier à ressort se distingue par ses propriétés de résilience prononcées. Les goupilles de serrage en acier à ressort peuvent se plier jusqu’à un certain point, puis revenir à leur état initial sans déformation permanente. L’acier à ressort offre une combinaison avantageuse de résistance à la traction et à la fatigue, se caractérise par un allongement à la rupture et une surface à la rupture élevés, ce qui le rend particulièrement élastique. Cette limite élastique élevée est obtenue grâce à des alliages spécifiques.

Types de goupilles de serrage

Il existe différents types de goupilles de serrage, chacune adaptée à des applications spécifiques. MISUMI propose une large gamme de goupilles de serrage fendues et spiralées, en acier ou en acier inoxydable.

Goupilles cylindriques creuses

Les goupilles cylindriques creuses, ou goupilles de serrage fendues, sont des composants creux sans tête avec une fente allongée sur toute leur longueur. Les extrémités avant des goupilles de serrage sont biseautées ou arrondies pour faciliter leur installation. Ces goupilles élastiques sont fabriquées avec un diamètre extérieur contrôlé, légèrement supérieur à celui des alésages dans lesquels elles doivent être insérées.

Lors de l’installation, les deux moitiés d’une goupille de serrage fendue sont comprimées, concentrant l’action principale du ressort dans la zone opposée à la fente. Une fois en place, une pression continue est exercée sur la paroi interne de l’alésage. Grâce à cette flexibilité, les goupilles de serrage peuvent s’adapter à des tolérances plus larges dans les diamètres du trou des alésages.

À gauche de l’illustration, vous pouvez voir une goupille de serrage avec une fente dentée. L’espacement des dents assure un emboîtement parfait lorsqu’elles sont comprimées, maintenant la rondeur de la goupille tout en minimisant le mouvement latéral en cas de vibrations.

Goupilles à ressort en spirale

Les goupilles à ressort en spirale diffèrent des goupilles de serrage classiques par leurs enroulements en spirale, sans ouverture latérale. Cette conception permet une distribution uniforme de la tension le long des enroulements extérieurs, avantageuse tant lors de l’assemblage qu’au niveau de la durabilité accrue de la connexion. Les goupilles à ressort en spirale répartissent ainsi la pression de manière plus homogène.

Lorsque ces goupilles sont insérées dans un alésage, la compression commence au bord extérieur et progresse vers l’intérieur le long des bobines, assurant une distribution uniforme de la charge, une force de cisaillement constante et une flexibilité, quelle que soit la direction de la force appliquée. Même après l’installation, les goupilles à ressort enroulées peuvent être encore comprimées, absorbant ainsi les chocs et les vibrations.

Versions légère et renforcée

La sélection des goupilles de serrage dépend également de la combinaison entre la robustesse et la flexibilité. Une goupille de serrage trop robuste nécessitera plus de force à l’installation et pourrait endommager l’alésage en raison de sa rigidité. À l’inverse, une goupille trop flexible risque de s’user prématurément et de se détacher sous l’effet des vibrations. Un équilibre optimal entre la robustesse, la flexibilité et le diamètre de la goupille de serrage peut considérablement prolonger la durée de vie des composants connectés.

Pour une sélection optimale en termes de résistance et de flexibilité, les goupilles de serrage existent, non seulement en version standard, mais aussi en version légère et en version renforcée.

La version légère est moins robuste que la version renforcée. Les versions légères cèdent sous des charges plus faibles, tandis que les versions renforcées supportent des charges élevées sans se déformer. Les goupilles de serrage légères sont utilisées pour des applications nécessitant davantage de flexibilité, alors que les goupilles de serrage renforcées conviennent aux charges importantes, notamment dans la construction mécanique. Les goupilles de taille moyenne, ou version standard, se situent entre les deux, plus robustes que les goupilles de serrage légères, mais moins solides que les versions renforcées.

Les goupilles de serrage fendues de version légère sont normalisées selon la norme ISO 13337 (DIN 7346) et celles de version renforcée selon la norme ISO 8252 (remplaçant DIN 1481). Les goupilles à ressort en spirale, de conception standard, sont normalisées selon ISO 8750 (DIN 7343) et les modèles renforcés selon ISO 8748 (DIN 7344).

Formes et dimensions - Le choix optimal de goupilles de serrage

Indépendamment des conceptions expliquées ci-dessus, une distinction est également faite entre les formes de chanfrein des goupilles de serrage. Les goupilles peuvent présenter un chanfrein d’un seul côté ou des deux côtés. Le chanfrein facilite la conduite et facilite l’alignement et le centrage dans l’alésage. La forme de biseau souhaitée doit être sélectionnée en fonction de l’application.

Le diamètre nominal joue un rôle déterminant dans la sélection de la goupille de serrage appropriée. Le diamètre nominal du trou de montage doit correspondre au diamètre nominal de la goupille de serrage. Les fiches techniques des tolérances d’alésage doivent également être prises en compte. Lors de l’installation de goupilles de serrage fendues, il est essentiel de veiller à ce que les côtés de la rainure n’entrent pas en contact avec les parois de l’alésage pour un montage optimal.

Goupilles de serrage - Coulissants de JIS B 2808(1995) - Unité : mm
Diamètre nominal Goupille de serrage Trous de forage appropriés
D (1) t
(Informations sur le zur)		 E Double cisaillement
Charge en kN
Valeur minimale
max. min. application normale pour une faible capacité de charge (max.) application normale pour une faible capacité de charge Diamètre Tolérance dimensionnelle
1 1.2 1.1 0.2 0.1 0.9 0.69 0.38 1 + 0.08
0
1.2 1.4 1.3 0.25 0.12 1.1 1.02 0.56 1.2
1.4 1.6 1.5 0.28 0.15 1.3 1.35 0.8 1.4
1.5 1.7 1.6 0.3 0.15 1.4 1.55 0.87 1.5
1.6 1.8 1.7 0.3 0.15 1.5 1.68 0.93 1.6
2 2.25 2.15 0.4 0.2 1.9 2.76 1.55 2 + 0.09
0
2.5 2.75 2.65 0.5 0.25 2.4 4.31 2.42 2.5
3 3.25 3.15 0.6 0.3 2.9 6.2 3.49 3
4 4.4 4.2 0.8 0.4 3.9 10.8 6.21 4 + 0.12
0
5 5.4 5.2 1 0.5 4.8 17.25 9.7 5
6 6.4 6.2 1.2 0.6 5.8 24.83 13.96 6
8 8.6 8.3 1.6 − 7.8 44.13 − 8 + 0.15
0
10 10.6 10.3 2 − 9.8 68.94 − 10
13 13.7 13.4 2.5 − 12.7 112.78 − 13 + 0.2
0
Commentaire (1) : La valeur maximale de D est la valeur maximale sur la circonférence de la goupille et la valeur minimale de D est la moyenne de D1, D2 et D3.
Pour votre information : La valeur de t est basée sur la norme 6 de l’Association japonaise des fabricants de ressorts (Japan Spring Manufacturers Association Standard, JSMA).
Utilisation recommandée des goupilles élastiques en combinaison avec la longueur ℓ et le diamètre nominal/l’unité : mm
ℓ Tolérance dimensionnelle Diamètre nominal
1 1.2 1.4 1.5 1.6 2 2.5 3 4 5 6 8 10 13
4 + 0.5
0		 • • • • •                  
5 • • • • • • •              
6 • • • • • • • •            
8 • • • • • • • • •          
10 • • • • • • • • • •        
12 + 1.0
0		   • • • • • • • • • •      
14     • • • • • • • • •      
16         • • • • • • • •    
18           • • • • • • • •  
20           • • • • • • • •  
22             • • • • • • • •
25             • • • • • • • •
28               • • • • • • •
32               • • • • • • •
36                 • • • • • •
40                 • • • • • •
45                   • • • • •
50                   • • • • •
56 + 1.5
0		                     • • • •
63                     • • • •
70                       • • •
80                       • • •
90                         • •
100                         • •
110                           •
125                           •
140                           •
Commentaire (*1) : La valeur maximale de D est la valeur maximale sur la circonférence de la goupille et la valeur minimale de D est la moyenne de D1, D2 et D3.
Pour votre information : La valeur de t est basée sur la norme 6 de l’Association japonaise des fabricants de ressorts (Japan Spring Manufacturers Association Standard, JSMA).

L’aperçu complet est disponible ici.

Exemples d’applications des goupilles de serrage

Les goupilles de serrage trouvent de nombreuses applications dans le domaine de l’ingénierie mécanique. Voici quelques exemples d’utilisation :

Dans cette application, une pièce à usiner est déplacée à la position souhaitée via une unité de glissement. Des goupilles de butée (ici des goupilles de serrage) empêchent le chariot guide de se détacher. Cliquez ici pour en savoir plus sur cette application et la voir sous forme d’animation.

Cette application illustre l’assemblage et le désassemblage d’une goupille de serrage dentée. Aucun trou taraudé n’est requis pour l’assemblage, et la goupille de serrage peut être retirée directement à l’aide d’un extracteur de goupilles si nécessaire.

Vous trouverez d’autres éléments de machine, tels que des goupilles cylindriques, des boulons d’appui ou des bagues d’arrêt, utiles pour l’installation de goupilles de serrage, dans la boutique en ligne MISUMI. Une large sélection d’autres dispositifs de fixation est également disponible, avec un choix de matériaux de haute qualité pour répondre aux diverses exigences d’installation.