Comment concevoir un joint de lardon et de clavette pour l'embout de bielle ?

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Comme vous le savez, il existe 3 types différents de goupilles. Le Gib and Cotter Joint est l’un d’entre eux. Les deux autres sont l’articulation à clavette et à emboîtement, et l’articulation à douille et clavette. Dans cet article, nous allons discuter de cette construction de joint de gib et de goupille et comment la concevoir pour l’extrémité de la sangle de bielle afin d’éviter d’éventuelles défaillances dans différentes parties de ce joint de goupille.

Joint de clavette

Une articulation à clavette est une articulation qui est verrouillée par une clavette. Une goupille est une pièce plate en forme de coin de section transversale rectangulaire et sa largeur est effilée d’une extrémité à l’autre pour un ajustement facile. La plupart du temps, il est effilé d’un côté, mais parfois il peut être effilé des deux côtés.

  • Une goupille typique a une conicité qui varie de 1 sur 48 à 1 sur 24 et elle peut être augmentée jusqu’à 1 sur 8, si un dispositif de verrouillage est fourni.
  • Afin de verrouiller la goupille en place, nous avons besoin d’un dispositif de verrouillage supplémentaire tel qu’une goupille conique ou une vis de réglage sur l’extrémité inférieure de la goupille pour la maintenir en place.
  • La goupille est généralement en acier doux ou en fer forgé.
  • Le joint fendu relève de la méthode de fixation temporaire.
  • Les joints fendus sont utilisés pour connecter de manière rigide deux tiges ou barres coaxiales qui sont soumises à des forces de traction ou de compression axiales.
  • Ces joints de goupille peuvent être trouvés dans des applications bien connues telles que dans
    • Raccordement d’une tige de piston à la traverse d’une machine à vapeur alternative,
    • Relier une tige de piston et son prolongement en queue ou tige de pompe,
    • en bout de sangle de bielle

Lardon et clavette

Un lardon est une pièce d’acier doux ayant la même épaisseur et la même conicité que la goupille. Un joint de lardon et de clavette est généralement utilisé dans l’extrémité de la sangle (ou la tête de bielle) d’une bielle, comme illustré ci-dessous.

Joint de clavette de lardon avec deux lardons
Fig : Lardon et clavette pour extrémité de sangle d’une bielle.

Pour le joint fendu, il est possible que nous n’ayons pas besoin d’utiliser le lardon. Dans de tels cas, lorsque la goupille seule est utilisée, le frottement entre ses extrémités et l’intérieur des fentes de la sangle a tendance à amener les côtés de la sangle à s’ouvrir vers l’extérieur comme indiqué en pointillés sur la figure ci-dessous.

Cottter Joint sans lardon
Fig : Goupille fendue sans lardon

Nous devons empêcher cela, nous devons donc utiliser Gibs. Et si nous utilisions Gib comme indiqué ci-dessous. Soit nous pouvons utiliser un Gib ou deux Gibs des deux côtés qui maintiennent ensemble les extrémités de la sangle.

Joint de goupille avec Gib
Fig : Joint de goupille avec Gib

De plus, les cales offrent une plus grande surface d’appui sur laquelle la goupille peut glisser et augmentent également la puissance de maintien. Ainsi, la tendance de la goupille à se relâcher en raison du frottement est considérablement diminuée. Le Gib permet également d’utiliser des trous parallèles.

Lorsqu’une seule lardon est utilisée, la goupille avec un côté conique est fournie et la lardon est toujours à l’extérieur.

Lorsque deux flèches sont utilisées, la goupille avec les deux côtés coniques est fournie.

Parfois, pour empêcher le desserrage de la goupille, une petite vis de réglage est utilisée à travers la tige qui se coince contre la goupille

Conception d’un joint de lardon et de goupille pour l’extrémité de sangle d’une bielle

Considérons un joint de lardon et de clavette pour la tête de bielle, comme indiqué dans la figure ci-dessous. La bielle est soumise à des charges de traction et de compression.

Lardon et clavette

Laisse nous dire
P = Poussée ou traction maximale dans la bielle,
d = Diamètre de l’extrémité adjacente de la partie ronde de la tige,
B1 = Largeur de la sangle,
B = Largeur totale du lardon et de la goupille,
t = Epaisseur de la goupille,
t1 = Épaisseur de la sangle à la partie la plus fine,
??t = contrainte de traction admissible pour le matériau de la sangle, et
τ = contrainte de cisaillement admissible pour le matériau de la goupille et de la lardon.

En général, la largeur de la sangle (B1) est considéré égal au diamètre de l’extrémité adjacente de la partie ronde de la tige (d). Les autres dimensions seront déterminées à partir de la relation donnée ci-dessous.

L’épaisseur de la goupille = Largeur de la sangle/4
t = B1/4

L’épaisseur du lardon = Epaisseur de la goupille (t)

La hauteur de la tête de lardon (t2) = Longueur de la tête de lardon (je3) = Épaisseur de la goupille (t)

Afin de déterminer ces dimensions pour un joint de lardon et de goupille, nous devons considérer les défaillances possibles qui peuvent se produire dans les différentes parties de ce joint et la contrainte admissible pour les matériaux utilisés pour ce joint de goupille. Ces défaillances possibles sont mentionnées ci-dessous.

  • Défaillance de la sangle en tension
  • Défaillance du lardon et de la goupille en cisaillement

Ces défaillances possibles de différentes parties du lardon et de la goupille sont prises en compte pour déterminer les paramètres ci-dessus.

Épaisseur de la sangle (t1)

En considérant la défaillance de la sangle en tension, nous pouvons déterminer l’épaisseur de la sangle au plus fin, ainsi que l’épaisseur de la sangle au niveau de la goupille (t3) est également déterminé à terme.

En supposant qu’aucun trou n’est prévu pour la lubrification, la section transversale qui résiste à la rupture de la sangle due à la déchirure = 2 B1 × t1
La résistance à la déchirure de la sangle sera le produit de la section transversale qui résiste à la rupture de la sangle due à la déchirure et à la contrainte de traction.
= 2B1 × t1× σt
Maintenant, assimilons cette relation à la charge (P), nous pouvons écrire
P = 2B1 × t1× σt

A partir de cette équation, on peut déterminer l’épaisseur de la sangle à la partie la plus mince (t1). C’est le cas où il n’y a pas de trou d’huile prévu dans la sangle.

Si un trou d’huile est prévu dans la sangle, son effet d’affaiblissement doit également être pris en compte.

L’épaisseur de la sangle à la goupille (t3) est augmentée de telle sorte que l’aire de la section transversale de la sangle au niveau du trou de la goupille ne soit pas inférieure à l’aire de la sangle au niveau de la partie la plus mince.

2 t3 (B1 – t) = 2 t1 × B1

A partir de cette expression, nous pouvons déterminer la valeur de t3 s’il y a un trou d’huile présent.

Largeur totale du lardon et de la goupille (B)

Afin de déterminer la largeur totale du lardon et de la goupille, nous devons considérer la défaillance du lardon et de la goupille sous le cisaillement.

Puisque nous avons considéré que le lardon et la goupille sont en double cisaillement, la zone de résistance à la rupture sera donc
= 2 B × t

et la force de résistance sera = 2 B × t × τ

En égalant cela à la charge (P), nous pouvons écrire
P = 2 B × t × τ

À partir de cette équation, nous pouvons déterminer la largeur totale du lardon et de la goupille (B).

Nous avons utilisé un Gib sur l’extrémité de connexion Rob Strap, les proportions de lardon et de la goupille doivent être suivies comme indiqué ci-dessous.

La largeur de lardon (b1) =0,55B

La largeur de la goupille (b) = 0,45 B

L’épaisseur du bracelet au niveau de la couronne (t4) = 1,15 t1 à 1,5 t1
je1 = 2 tonnes1
je2 = 2,5 tonnes1

Ce sont toutes les proportions des dimensions pour le Gib and Cotter Joint.

Résolvons un exemple de problème pour concevoir un Gib and Cotter Joint.

Énoncé du problème

La tête de bielle d’une bielle est soumise à une charge maximale de 50 kN. Le diamètre de la partie circulaire de la tige adjacente à l’extrémité du bracelet est de 75 mm. Concevez le joint fendu avec un lardon, en supposant une contrainte de traction admissible pour le matériau de la sangle de 25 MPa et une contrainte de cisaillement admissible pour le matériau de la goupille et du lardon de 20 MPa.

Réponse:

Étant donné que
Charge (P) = 50 kN = 50 × 103 N
Diamètre de la partie circulaire de la tige adjacente à la sangle (d) = 75 mm
contrainte de traction admissible (σt)= 25 MPa = 25 N/mm2
contrainte de cisaillement admissible (τ) = 20 MPa = 20 N/mm2

1. Largeur de la sangle

Disons B1 = Largeur de la sangle.

La largeur de la sangle est généralement rendue égale au diamètre de l’extrémité adjacente de la partie ronde de la tige (d).
B1 = d = 75 mm Rép.

D’autres dimensions sont également fixées comme mentionné ci-dessus, celles-ci sont

L’épaisseur de la goupille

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