Goupilles, cannelures, frettage et collage

1. Démontable ou permanente ?

Une liaison complète (encastrement) supprime les six degrés de liberté entre deux pièces. Elle est démontable quand on peut la défaire sans détruire les pièces (vis, goupille, clavette, cannelures) et permanente quand le démontage détruit la liaison ou l'une des pièces (soudage, rivetage, frettage, collage). Le choix dépend de la maintenance prévue, du couple à transmettre, de la précision de positionnement et du coût.

2. Les goupilles

Une goupille traversant un arbre est sollicitée en cisaillement double : deux sections reprennent l'effort. Pour un couple C sur un arbre de diamètre D, l'effort sur la goupille vaut F = 2C / D, réparti sur deux sections S = π d² / 4, soit τ = F / (2S) ≤ R_pg.

3. Clavette ou cannelures ?

La clavette parallèle transmet le couple par une seule surface de matage : simple et économique, mais elle affaiblit l'arbre (rainure = concentration de contraintes) et prend du jeu sous les chocs. Les cannelures répartissent le couple sur 6 à 20 dents usinées directement dans l'arbre et le moyeu : couple bien plus élevé, centrage précis, et le moyeu peut coulisser sous charge (baladeur de boîte de vitesses, arbre de prise de force).

4. Le frettage

Le frettage est un ajustement serré (par exemple H7/p6 ou H7/s6) : le diamètre de l'arbre est plus grand que l'alésage du moyeu. Après montage, la pression de contact p et le frottement transmettent le couple sans clavette ni cannelure : C = p · f · π · D² · L / 2. Pour monter sans rayer les surfaces, on dilate le moyeu à la chaleur (four, induction) ou on refroidit l'arbre (azote liquide à −196 °C).

1. 1Données : bague d'acier frettée sur un arbre Ø 50 mm, ajustement H7/s6. Serrage maximal s = 0,059 mm (arbre s6 : +0,043/+0,059 ; alésage H7 : 0/+0,025).
2. 2Jeu de montage : pour enfiler la bague à la main, on vise un jeu d'au moins 0,03 mm. Dilatation nécessaire : ΔD = 0,059 + 0,03 ≈ 0,09 mm.
3. 3Température : ΔT = 0,09 / (12 × 10⁻⁶ × 50) = 0,09 / 0,0006 = 150 °C. Bague chauffée à 20 + 150 = 170 °C, largement en dessous du revenu de l'acier (≈ 200 °C).
4. 4Montage : enfiler rapidement (la bague refroidit en quelques secondes au contact), plaquer contre l'épaulement, laisser refroidir sans choc. Le serrage est définitif.

5. Le collage structural

Le collage assemble des matériaux différents (acier/composite, aluminium/verre) sans percer ni chauffer, répartit les contraintes sur toute la surface et étanche le joint. Sa fiabilité tient à trois conditions : une préparation de surface rigoureuse (dégraissage au solvant, abrasion ou sablage, parfois primaire), une conception en cisaillement (jamais en pelage ni en traction pure) et le respect du temps de polymérisation.

En images

Pour aller plus loin