Avez-vous déjà réfléchi au rôle essentiel de l'humble rondelle élastique dans les machines ? Ces petits composants discrets jouent un rôle essentiel dans le bon fonctionnement et la sécurité des machines. Dans cet article, nous allons explorer le monde fascinant des rondelles élastiques, leurs types et leurs diverses applications dans l'ingénierie mécanique. Découvrez comment ces éléments souvent négligés font une grande différence dans la fiabilité et la performance d'innombrables machines et appareils.
Dans l'industrie des fixations, les rondelles élastiques, également appelées "rondelles élastiques" ou "rondelles à ressort", jouent un rôle crucial dans le maintien de l'intégrité des joints. Ces composants sont principalement fabriqués en acier inoxydable austénitique (304 ou 316) ou en acier à teneur moyenne en carbone (généralement SAE 1060 à 1075), ce dernier recevant souvent une finition protectrice telle que le zingage pour améliorer la résistance à la corrosion.
Les dimensions métriques les plus couramment utilisées pour les rondelles élastiques sont M3, M4, M5, M6, M8, M10, M12, M14 et M16. Ces dimensions sont largement adoptées dans diverses applications industrielles en raison de leur compatibilité avec les dimensions standard des boulons et des vis. La norme nationale chinoise GB/T 94.1-87 régit les spécifications des rondelles élastiques, englobant une gamme complète de tailles allant de 2 mm à 48 mm de diamètre interne.
Les rondelles élastiques sont conçues pour fournir une surface portante à la tête du boulon ou à l'écrou tout en offrant une fonctionnalité supplémentaire. Leur anneau fendu crée une tension lorsqu'il est comprimé, ce qui contribue à :
Il est important de noter que si les rondelles élastiques sont largement utilisées, leur efficacité à empêcher l'autodesserrage a été débattue dans des études techniques récentes. Pour les applications critiques, les ingénieurs envisagent souvent d'autres méthodes de verrouillage telles que les rondelles Nord-Lock ou les adhésifs de blocage de filets.
Les rondelles élastiques sont principalement fabriquées à partir d'alliages haute performance conçus pour offrir une élasticité et une durabilité optimales. Les matériaux les plus courants sont les suivants
Le choix du matériau dépend des exigences spécifiques de l'application, notamment la température de fonctionnement, les conditions de charge, les besoins en matière de résistance à la corrosion et les considérations de coût. Chaque matériau offre des propriétés uniques qui peuvent être exploitées pour optimiser les performances des rondelles élastiques dans divers environnements industriels.
Les rondelles élastiques sont principalement utilisées pour empêcher les écrous de se desserrer, comme le prévoient les normes nationales. Leur application est cruciale dans divers assemblages mécaniques, en particulier ceux soumis à des charges dynamiques.
Les écrous hexagonaux à fente sont spécialement conçus pour être utilisés avec des boulons dotés de trous d'extrémité. Cette conception permet l'insertion d'une goupille fendue à travers la fente de l'écrou dans le trou du boulon, ce qui empêche efficacement le desserrage automatique. Ces écrous sont principalement utilisés dans des environnements caractérisés par des vibrations ou des charges alternées, garantissant une fixation sûre dans des conditions difficiles.
Dans le domaine de la conception et de la fabrication mécanique, plusieurs méthodes sont employées pour empêcher le desserrage automatique des écrous ou des boulons :
Les rondelles élastiques sont largement adoptées pour leur efficacité et leur facilité d'installation. Par exemple, les boulons qui relient les moteurs aux bases des machines nécessitent généralement des rondelles élastiques pour contrer le desserrage causé par les vibrations du moteur. Cette application met en évidence la capacité de la rondelle à maintenir l'intégrité de la fixation dans des environnements à fortes vibrations.
En général, les fixations des équipements soumis à des vibrations sont équipées de rondelles élastiques. Cependant, leur utilisation sur les brides est plus sélective. La décision d'utiliser des rondelles élastiques sur les brides dépend du fluide spécifique et des conditions de fonctionnement. Les rondelles élastiques sont recommandées pour les raccords à brides dans les cas suivants :
Il est important de noter que ces directives peuvent ne pas être universellement applicables. Certains composants spécialisés, tels que certaines vannes et brides de couvercle de pression de la boîte de remplissage, peuvent nécessiter des rondelles élastiques sans tenir compte des recommandations générales.
Pour une sélection efficace des rondelles élastiques appropriées, les ingénieurs et les techniciens peuvent utiliser le système automatisé Fastener Expert. Cet outil rationalise le processus de sélection de la rondelle adéquate en fonction des exigences spécifiques de l'application, garantissant ainsi des performances et une fiabilité optimales dans les assemblages mécaniques.
Les rondelles élastiques et les rondelles plates ont des fonctions distinctes dans les applications de fixation, chacune ayant ses propres avantages et limites. Les rondelles élastiques, conçues avec un anneau fendu ou une structure ondulée, ont pour fonction principale d'empêcher le desserrage et de maintenir la force de précharge dans les environnements dynamiques. Elles y parviennent grâce à leur capacité à emmagasiner et à libérer de l'énergie sous l'effet de la compression, ce qui permet de contrer efficacement le desserrage induit par les vibrations. En revanche, les rondelles plates ne possèdent pas cette capacité anti-desserrage.
Les rondelles plates, caractérisées par leur forme de disque simple, remplissent de multiples fonctions essentielles :
Les rondelles élastiques sont souvent évitées dans les assemblages porteurs critiques où la rigidité de l'articulation est primordiale, comme dans les charpentes d'acier ou les moteurs à haute performance. Leur nature compressible peut introduire de l'élasticité dans le joint, réduisant potentiellement sa rigidité globale et sa capacité de charge. Dans ce cas, il est préférable d'utiliser des rondelles plates ou des fixations à brides pour maximiser la zone de contact et maintenir la rigidité de l'articulation.
Cependant, dans les applications soumises à des vibrations importantes, à des charges cycliques ou à des dilatations et contractions thermiques, les rondelles élastiques deviennent indispensables. Leur capacité à maintenir la tension dans la fixation dans des conditions dynamiques permet d'éviter les défaillances dues à la fatigue et d'assurer la longévité de la connexion. Les exemples les plus courants sont les suspensions automobiles, les fixations de voies ferrées et les machines industrielles.
Il est essentiel de noter que le choix entre les rondelles élastiques et les rondelles plates doit être basé sur une analyse approfondie des exigences de l'application, y compris les caractéristiques de charge, les facteurs environnementaux et les considérations de sécurité. Dans certains cas, une combinaison des deux types de rondelles peut être utilisée pour obtenir des performances et une fiabilité optimales dans l'assemblage fixé.
Le "gonflement" des rondelles élastiques n'est généralement pas un défaut inhérent aux rondelles elles-mêmes, mais plutôt le résultat de forces externes et de conditions d'assemblage.
Le phénomène de gonflement des rondelles élastiques se produit lorsque la rondelle est soumise à des forces radiales excessives vers l'extérieur. Ces forces proviennent principalement de la force de serrage axiale générée par le couple de serrage appliqué lors de l'assemblage. L'ampleur de cette force est essentielle pour déterminer la probabilité et l'étendue du gonflement.
Un facteur clé contribuant au gonflement de la rondelle élastique est la géométrie des composants en contact, en particulier la surface d'appui de l'écrou. Le chanfrein extérieur de la surface d'appui de l'écrou produit une force de fendage radiale qui peut provoquer un élargissement de l'ouverture de la rondelle élastique. La relation entre le diamètre du chanfrein et la propension au gonflement est inverse : un diamètre de chanfrein plus petit concentre la force sur une surface plus petite, ce qui augmente la probabilité et la gravité du gonflement.
Pour atténuer le gonflement, les ingénieurs utilisent souvent une rondelle plate entre l'écrou et la rondelle élastique. Ce composant supplémentaire permet de répartir la charge plus uniformément, réduisant ainsi les forces radiales concentrées. Toutefois, l'efficacité de cette solution dépend des propriétés de la rondelle plate. Si la rondelle plate est trop fine ou fabriquée dans un matériau trop peu dur, elle peut se déformer sous la charge et ne pas empêcher efficacement le gonflement de la rondelle élastique.
Un autre problème critique affectant les rondelles élastiques est la fragilisation par l'hydrogène. Ce type de défaillance est généralement attribué à deux facteurs principaux dans le processus de fabrication :
Ces conclusions ne sont pas simplement théoriques, elles ont été étayées par des essais approfondis en laboratoire et corroborées par une expérience pratique à long terme dans diverses applications industrielles. L'interaction entre les propriétés des matériaux, les processus de fabrication et les conditions d'assemblage souligne la complexité de la garantie d'une performance fiable des rondelles élastiques dans les applications de fixation critiques.
Rondelle élastique dentée interne, rondelle élastique dentée externe
La circonférence comporte de nombreuses dents élastiques pointues qui percent la surface d'appui et empêchent la fixation de se desserrer. La rondelle élastique dentée interne est utilisée sous la tête du boulon de plus petite taille ; la rondelle élastique dentée externe est principalement utilisée sous la tête du boulon et l'écrou.
La rondelle élastique dentée a un volume plus petit que la rondelle élastique ordinaire, et la fixation est soumise à une force uniforme, ce qui permet d'éviter le desserrage de manière fiable, mais ne convient pas pour un démontage fréquent.
Rondelle élastique ondulée
Norme nationale : GB/T 7246-1987
Les rondelles élastiques ondulées sont divisées en types WG, WL et WN.
Rondelle élastique ondulée de type WG
La rondelle élastique ondulée de type WG est une rondelle élastique de type ouvert, qui peut généralement être installée dans un espace réduit, par exemple pour appliquer une précharge aux roulements, réduire le bruit de fonctionnement des roulements, améliorer la précision et la stabilité de fonctionnement des roulements. En outre, elle est largement utilisée dans l'électronique et les appareils électriques, avec des matériaux tels que l'acier au carbone, l'acier inoxydable et l'alliage de cuivre.
Rondelle élastique ondulée de type WL
La rondelle élastique ondulée de type WL est une rondelle élastique à joint chevauchant, qui peut généralement être installée dans un espace réduit, par exemple pour appliquer une précharge aux roulements, réduire le bruit de fonctionnement des roulements, améliorer la précision et la stabilité de fonctionnement des roulements. En outre, elle est largement utilisée dans l'électronique et les appareils électriques, avec des matériaux tels que l'acier au carbone, l'acier inoxydable et l'alliage de cuivre.
Rondelle élastique ondulée de type WN
La rondelle élastique ondulée de type WN est une rondelle élastique multicouche à crête ondulée se chevauchant. Par rapport au type WL, cette série est composée de plusieurs couches de matériaux, de sorte que la courbe de la valeur K sous la même course de compression est plus plate que celle du type WL, ce qui convient aux situations où l'élasticité est plus grande et où la course de travail entière nécessite un relâchement uniforme de l'élasticité. Les matériaux utilisés sont l'acier au carbone, l'acier inoxydable et l'alliage de cuivre.
Rondelle élastique de disque
La rondelle élastique à disque, également connue sous le nom de rondelle élastique Belleville, a été inventée par le Français Belleville. La rondelle élastique à disque DIN6796 (série HDS) est conçue pour les rondelles anti-desserrage pour les assemblages par boulons et vis.
Conçue et fabriquée selon la norme DIN 6796, elle est utilisée pour l'assemblage de boulons et de vis à moyenne ou haute résistance. La série HDS est très efficace grâce à son importante charge d'appui et à sa reprise élastique. La tension du boulon peut résister à la relaxation causée par l'usure des parties vulnérables, le fluage, la relaxation, la dilatation thermique, le rétrécissement ou le serrage des pièces d'étanchéité.
La série HDS multiplie l'effet élastique des boulons et peut remplacer efficacement les rondelles élastiques ordinaires, mais elle ne peut pas être utilisée comme rondelle d'arrêt ou comme combinaison de rondelles plates.
Comme la série HDS est un ressort à disque qui peut être apparié ou chevauché, l'appariage peut augmenter la déformation du groupe de ressorts à disque, et le chevauchement peut augmenter la force de ressort du groupe de ressorts à disque.
La méthode d'installation idéale consiste à le presser aussi plat que possible. Plus il est proche de l'état plat, plus le couple de serrage augmentera rapidement. Une tension appropriée des boulons peut être obtenue sans clé dynamométrique.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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