Pour qu'une poulie fasse corps avec son arbre, il faut l'empêcher de tourner autour de lui ET de glisser le long de lui. L'Exetat demande quelle pièce assure chaque arrêt (clavette, épaulement, écrou), comment lire « M14 » ou « Écrou H », et l'effort que supporte une clavette.
L'essentiel
- Fixer complètement une pièce sur un arbre demande deux arrêts. L'arrêt en rotation (la pièce ne tourne pas autour de l'arbre, le couple passe) : clavette ou cannelures. Une goupille qui traverse le moyeu et l'arbre arrête à la fois la rotation et la translation. L'arrêt en translation (la pièce ne glisse pas le long de l'arbre) : épaulement, écrou et rondelle, anneau élastique.
- La clavette est une petite pièce logée à moitié dans une rainure de l'arbre et à moitié dans une rainure du moyeu. Quand l'arbre tourne, elle pousse le moyeu : elle transmet le couple. Elle n'empêche pas le glissement le long de l'arbre.
- Arrêt en translation classique : un épaulement (une marche, un changement de diamètre de l'arbre) d'un côté, et de l'autre une rondelle et un écrou serrés sur le bout fileté. La poulie est pincée entre les deux.
- Pour que la rondelle presse vraiment le moyeu, la portée de l'arbre (la partie qui reçoit le moyeu) doit être légèrement plus courte que le moyeu, de 1 à 2 mm. Sinon la rondelle bute sur l'arbre et la poulie reste libre.
- Désignation d'un filetage : « M14 » veut dire filetage métrique ISO de diamètre nominal 14 mm (diamètre extérieur du filet). Sans autre indication, le pas est le pas normal ; un pas fin s'écrit à part, par exemple M14 × 1,5. Pas normaux : M8 = 1,25 mm ; M10 = 1,5 mm ; M12 = 1,75 mm ; M14 et M16 = 2 mm.
- Le pas est la distance entre deux sommets de filets voisins. C'est aussi l'avance d'un écrou en un tour : avance = nombre de tours × pas.
- Désignations courantes : écrou H = hexagonal (six pans) ; Hm = hexagonal mince ; HK = hexagonal à créneaux ; vis H = tête hexagonale ; vis CHc = tête cylindrique à six pans creux.
- Effort sur une clavette : le couple C est transmis à la surface de l'arbre, donc F = C/r, avec r = d/2 en mètres. La section de la clavette se lit dans un tableau selon le diamètre de l'arbre : de 17 à 22 mm, 6 × 6 ; de 22 à 30 mm, 8 × 7 ; de 30 à 38 mm, 10 × 8.
Les formules
- Effort tangentiel sur la clavette
- F = C/r = 2C/d
- C en N·m, r et d en m
- Avance d'un écrou
- avance = nombre de tours × pas
- filet simple
La méthode
- 1Demande-toi quel mouvement on veut empêcher : tourner autour de l'arbre (rotation) ou glisser le long de l'arbre (translation).
- 2Rotation : clavette ou cannelures (une goupille transversale arrête les deux mouvements). Translation : épaulement d'un côté, écrou et rondelle (ou anneau élastique) de l'autre.
- 3Pour un filetage, lis la lettre (M = métrique ISO) et le nombre (diamètre nominal en mm) ; le pas normal se retrouve dans le tableau.
- 4Pour l'effort sur une clavette, convertis le rayon en mètres, puis F = C/r.
- 5Pour choisir une clavette, situe le diamètre de l'arbre dans la plage du tableau.
Un exemple résolu
Une poulie est montée sur un arbre de 25 mm de diamètre qui transmet un couple de 50 N·m. Quelle clavette parallèle choisir (de 22 à 30 mm : 8 × 7), et quel effort tangentiel supporte-t-elle ? Comment empêcher la poulie de glisser le long de l'arbre ?
- 1.Le diamètre 25 mm est compris entre 22 et 30 mm : clavette de section 8 × 7 (8 mm de large, 7 mm de haut).
- 2.Rayon de l'arbre : r = 25/2 = 12,5 mm = 0,0125 m.
- 3.Effort tangentiel : F = C/r = 50/0,0125 = 4 000 N.
- 4.La clavette n'arrête que la rotation. Pour la translation, on appuie le moyeu contre un épaulement de l'arbre et on serre de l'autre côté une rondelle et un écrou, avec une portée légèrement plus courte que le moyeu.
Réponse : Clavette 8 × 7, effort tangentiel de 4 000 N ; arrêt en translation par épaulement d'un côté, rondelle et écrou de l'autre.
Les pièges à éviter
- Croire que la clavette empêche la poulie de glisser le long de l'arbre : elle n'arrête que la rotation.
- Prendre le diamètre au lieu du rayon dans F = C/r, ou oublier de convertir les mm en m.
- Lire « M14 » comme 14 filets par mm : 14 est le diamètre nominal en mm.
- Faire la portée égale ou plus longue que le moyeu : la rondelle ne serrerait plus la poulie.
- Lire le H d'« Écrou H » comme « haute résistance » : H = hexagonal.
À retenir
Clavette = arrêt en rotation ; épaulement + rondelle + écrou = arrêt en translation ; M14 = métrique de diamètre 14 mm, pas normal 2 mm.