Clavettes et cales coniques – Normes et standards

Les clavettes et les cales coniques sont deux types d’éléments de liaison couramment utilisés en ingénierie. Elles permettent de créer une connexion par serrage entre deux composants. Dans cet article, nous examinerons plus en détail ces deux types d’éléments et expliquerons leurs domaines d’application.

Qu’est-ce qu’une clavette ?

Une clavette est un élément plat en acier ou en inox, de forme rectangulaire, qui s’insère dans une rainure sur un arbre ou dans le diamètre de l’alésage. La clavette présente généralement des angles à 90 degrés aux extrémités et peut être proposée en version droite ou conique.

Son principal rôle est de transmettre le couple d’un arbre à un autre composant.

Dans le secteur des applications industrielles, de nombreux exemples d’utilisation des clavettes existent pour sécuriser des axes et d’autres pièces rotatives, comme des réducteurs ou des boîtiers de pompes.

Il existe différents types de clavettes, telles que les clavettes coniques ou les clés en T, chacune développée pour des applications spécifiques. Par exemple, les cales coniques peuvent transmettre des forces plus élevées que les clés en T.

Lors du choix d’une clavette adaptée, il est crucial de s’assurer que la taille et le matériau correspondent aux exigences, en fonction de la charge maximale et de la température ambiante du système.

Globalement, les connexions par clavettes offrent de nombreux avantages par rapport à d’autres techniques de liaison comme le soudage ou le collage : elles sont faciles à installer, remplaçables rapidement en cas de besoin et possèdent une grande capacité de charge. De plus, la connexion est très précise grâce aux clavettes, permettant ainsi un travail minutieux.

Qu’est-ce qu’une cale conique ?

Une cale conique est constituée d’une pièce métallique conique avec des surfaces latérales droites (découpe conique). Le plus grand diamètre du cône s’insère précisément dans la rainure correspondante de l’arbre ou de l’alésage de l’autre pièce. Rainure de l’arbre sur l’autre partie.

Les cales coniques sont souvent utilisées dans des outils d’usinage comme les machines à fraiser ou les réducteurs.

L’une des principales caractéristiques des cales coniques est leur capacité à supporter des charges importantes dans un espace restreint. Cela signifie qu’elles sont très efficaces pour transmettre de grandes forces tout en économisant de l’espace, ce qui les rend idéales dans des environnements confinés ou lorsque la réduction du poids est essentielle.

Un autre avantage des cales coniques est leur fiabilité et leur durabilité élevées. Contrairement à d’autres types de clés, elles ne s’usent pas rapidement ni ne s’effilochent, ce qui est particulièrement important compte tenu des très fortes charges que ces composants doivent supporter.

Il existe différents types de conceptions de cales coniques. Voici quelques exemples disponibles : Clés coniques simples à bords droits ; clés à coin à double effet avec surfaces latérales coniques ; disques à ressort coniques, qui peuvent être conçus en forme de disque pour couvrir de plus grandes plages de diamètres.

Quand utiliser des clavettes ou des cales coniques

Le choix entre les connexions par clavettes ou par cales coniques dépend souvent des exigences spécifiques à l’application : Si une capacité de charge élevée est nécessaire (par exemple pour des moteurs de grande taille), les connexions par cale conique sont plus recommandées ; cependant, pour des composants plus petits, comme les roues dentées ou les arbres de pompes, les connexions par clavette sont à privilégier.

Dans les arbres linéaires, les clavettes sont utilisées pour établir une connexion entre l’arbre et le roulement associé. La clavette est insérée dans une rainure sur l’arbre et fixe le roulement en place grâce à sa forme.

Les accouplements d’arbres ou les couplages de compensation sont utilisés pour transmettre les couples entre deux extrémités d’arbre. Ici aussi, les clavettes jouent un rôle décisif : elles garantissent que l’élément d’accouplement s’ajuste solidement sur les diamètres des arbres.

Les pignons de chaîne nécessitent également des éléments de fixation adaptés, tels que des bagues d’arrêt ou même des clavettes, pour maintenir le pignon de chaîne à l’extrémité de l’arbre et ainsi assurer le fonctionnement stable du système.

Les arbres de rotation contiennent souvent également de tels éléments de clavettes, notamment lorsque plusieurs pièces doivent être connectées entre elles (comme des poulies à courroie). Il est crucial de s’assurer que les mesures de la largeur et de la hauteur ou les spécifications de profondeur correspondent exactement pour garantir une tenue optimale.

À l’inverse, les roues à pignons droits tendent à utiliser d’autres types de connexion. Cependant, les clavettes peuvent également être utilisées occasionnellement, par exemple lorsque l’arbre d’engrenage doit être relié à un roulement.

Types de clavettes et cales coniques

Le type de clavette le plus connu est probablement la clavette conique. Elle est constituée d’une pièce métallique conique insérée entre l’arbre et le moyeu. La forme crée une connexion par verrouillage positif, permettant la transmission du couple.

Une autre variante est la clavette à coin rainuré ou la connexion à clavette plate. Il s’agit de ressorts plats de forme rectangulaire, qui peuvent être insérés dans des rainures adaptées des deux côtés du composant.

De plus, il existe des clavettes parallèles à rainure en forme de tonneau ainsi que des connexions par arbres cannelés, qui sont des variantes de conception spécifiques des connexions à clavettes parallèles, adaptées aux exigences de charge particulières en ingénierie mécanique.
Selon le domaine d’application, différents critères doivent être pris en compte, tels que la capacité de levage ou la précision des forces de transmission, ainsi que le choix des matériaux (acier, acier inoxydable, plastique, etc.). Un autre facteur important à considérer est le temps d’installation ou de remplacement des connexions par clavettes, ainsi que l’effort nécessaire pour les fixer dans une machine.

Le choix de la bonne conception dépend des besoins spécifiques de l’application en question, mais certaines directives générales doivent être suivies :

• Éviter les bords tranchants sur les ressorts, car cela peut affaiblir le ressort.
• Éviter les surcharges : une tension excessive peut provoquer la rupture ou la déformation du ressort.
• Assurer une lubrification et un entretien suffisants pour garantir le bon fonctionnement de l’ensemble.

Quelles normes doivent être respectées pour les clavettes ?

Pour garantir que les clavettes fonctionnent réellement dans la pratique et remplissent l’objectif souhaité, elles doivent respecter certaines normes. L’une de ces normes est la DIN 6885 pour les connexions d’arbre cannelé et de rainure avec clavette.

En Allemagne, les normes DIN 6885-1 à -3 ainsi que la DIN 5464 s’appliquent aux clavettes. En revanche, au Japon, les normes JIS sont utilisées.

La norme allemande DIN 6885 définit quatre types de profils de clavettes : le profil conique selon les formes A, B ou C, ainsi que le profil rectangulaire selon la forme D. Ces profils diffèrent par leur géométrie et leurs dimensions pour s’adapter à différentes charges.

La norme japonaise JIS B1301 se divise également en quatre formes de profil différentes : le profil de rainure de clavette (forme K), le profil en T (forme T), le profil en forme d’arc (forme R), et une variante conique avec un angle de pas plus important (forme S). Comparée à la norme allemande, la norme japonaise offre donc plus d’options de sélection.

Une autre différence est que la norme allemande ne prévoit que des clavettes non rainurées en standard. Cependant, une fente peut être réalisée si nécessaire. Dans les normes japonaises JIS, c’est l’inverse : il est généralement supposé que toutes les clavettes doivent être fendues.

Cette norme spécifie, entre autres, quelles dimensions doit avoir une clavette et quelles tolérances doivent être respectées lors de la production. Elle décrit également comment déterminer la dimension correcte d’une rainure de clavette pour garantir un ajustement optimal.

Cependant, ces réglementations ne s’appliquent pas uniquement aux connexions par arbres cannelés ou par rainures : pour d’autres types de connecteurs, il existe également des normes DIN spécifiques, par exemple, pour les goupilles cylindriques (DIN 7) ou les goupilles coniques (DIN 1).