Bague de verrouillage expliquée : tout ce que vous devez savoir

Des turbines à grande vitesse d'une centrale électrique à un simple vélo, tout glissement, vibration ou déconnexion sous charge est empêché afin de prévenir toute défaillance catastrophique. Pour éviter ces défaillances et sécuriser les composants, on utilise des bagues de verrouillage. Cet article présente toutes les informations importantes qu'un ingénieur doit connaître sur les bagues de verrouillage.

Qu'est-ce qu'un anneau de verrouillage ?

En termes simples, une bague de verrouillage est appelée « butée ». Techniquement, il s'agit d'un dispositif de retenue mécanique qui maintient les pièces fermement en place. Son rôle est d'empêcher tout mouvement au niveau des articulations.

Bague de verrouillage vs anneaux de retenue

Une bague de verrouillage diffère d'une bague de retenue sur les points suivants :

Pourquoi les bagues de verrouillage sont-elles si largement utilisées ?

Du simple vélo au gigantesque avion, de petits composants sont assemblés pour fabriquer ces produits. Pour maintenir fermement ces composants, ces bagues de verrouillage sont indispensables et couramment utilisées dans tous les secteurs industriels. De plus, elles sont simples et n'alourdissent pas la structure ni ne complexifient la conception.

Fonction des anneaux de verrouillage

Une bague de verrouillage peut remplir les fonctions suivantes :

Fixation

En ingénierie, la fixation consiste à maintenir fermement un composant dans sa position axiale et à empêcher tout mouvement. Un système de verrouillage est utilisé dans chaque machine ou dispositif pour maintenir les composants fermement en place. Par exemple, si une bague de verrouillage est installée dans une gorge sur un arbre, elle fera office de barrière physique empêchant les mouvements des roulements, des engrenages, etc.

Améliorez la sécurité

La règle est simple : lorsque tous les composants d'une machine fonctionnent sans le moindre mouvement, la sécurité de l'équipement et de l'opérateur est assurée. Ainsi, une bague de verrouillage contribue à la sécurité en maintenant fermement les composants en place.

Simplifier l'assemblage

Une bague de verrouillage ne nécessite aucun filetage, aucune fixation supplémentaire ni soudure, ce qui rend l'assemblage des composants plus rapide et plus facile.

Charge de soutien

Une bague de blocage peut également contribuer à la répartition de la charge au sein d'une machine ou d'un équipement. Par exemple, si une bague de blocage est installée dans une gorge sur un arbre, elle contribuera à la répartition de la charge en transférant la force exercée par ce composant (palier) à l'arbre.

Mécanismes de verrouillage des anneaux de verrouillage

Une bague de verrouillage peut remplir les fonctions grâce aux mécanismes suivants.

Verrouillage par rainures

Les mécanismes à rainure sont principalement utilisés par les anneaux de retenue, les circlips et les anneaux de retenue spiralés. Dans ce mécanisme, la rainure joue un rôle primordial.

• Un arbre comporte une rainure dans laquelle se loge une bague de blocage, semblable à une bague de retenue, qui fait office de barrière physique. Grâce à son élasticité, la bague de retenue s'enclenche fermement dans la rainure.

Verrouillage basé sur les threads

Dans ce mécanisme, les bagues et la surface de contact sont filetées. Le verrouillage s'effectue par contact entre la bague filetée et la surface filetée. La bague est vissée sur le filetage jusqu'à l'application d'une force axiale. Cette force bloque alors le composant et l'empêche de bouger. Ce mécanisme est utilisé par les bagues de blocage filetées et les bagues de verrouillage de roulement.

Verrouillage par serrage

Les colliers d'arbre et les bagues de serrage fendues utilisent ce mécanisme de verrouillage. Ce type de mécanisme ne comporte ni filetage ni rainure ; seule la force de serrage assure le serrage. Les bagues de serrage fendues présentent un jeu au niveau des boulons ou des vis lorsqu'elles sont serrées, ce qui provoque la contraction de la bague vers l'intérieur.

Verrouillage conique

Comme son nom l'indique, ce mécanisme de verrouillage empêche le mouvement des composants grâce à des surfaces coniques. Les bagues de verrouillage à bande utilisent ce mécanisme. Le verrouillage s'effectue lorsque deux surfaces coniques s'emboîtent. Sous l'effet de la force appliquée, la bague glisse le long de la conicité. Ce glissement provoque une dilatation ou une contraction radiale de la surface conique, assurant ainsi un serrage puissant.

Applications courantes des anneaux de verrouillage

Les bagues de verrouillage sont utilisées dans les applications suivantes :

Montage des roulements

Le montage des roulements consiste à maintenir fermement un roulement en place sur un arbre sous l'effet de forces. On utilise généralement des circlips pour cela. Ces circlips sont rainurés et empêchent tout mouvement des composants. Ces rainures peuvent être réalisées sur l'arbre ou à l'intérieur de celui-ci. Outre les circlips, on utilise également des goujons de retenue spiralés. bagues de verrouillage filetées sont également utilisés.

Montage d'engrenages

Un circlip externe est un anneau de verrouillage utilisé dans cette application. Il est inséré dans la gorge à l'aide d'une pince à circlips. Une fois en place, il se dilate et se bloque, empêchant ainsi le glissement des engrenages. Généralement, il est utilisé avec une rondelle et un circlip à épaulement.

Montage du pignon

Un pignon monté sur un arbre assure la transmission correcte d'une chaîne en tournant avec précision avec l'arbre. Pour cette application, un circlip externe est la solution idéale pour fixer solidement ce pignon sur l'arbre. Logé dans la gorge de l'arbre, il empêche le pignon de glisser.

Butées d'arbre

Les butées d'arbre sont les extrémités d'un arbre qui empêchent le déplacement axial des composants qui y sont montés. Ces composants comprennent les engrenages, les roulements, les entretoises et les pignons. Dans cette application, un circlip externe est inséré dans une gorge de l'arbre, servant ainsi de butée amovible pour le déplacement axial.

Connexions de tuyaux

Dans cette application, deux tuyaux ou plus sont raccordés à des équipements tels que des vannes, des pompes, etc., afin d'assurer la circulation sécurisée des fluides. On utilise alors des bagues de verrouillage, des embouts de compression et des bagues de raccordement rainurées.

Bagues de verrouillage standard vs bagues de verrouillage sur mesure

Les bagues de verrouillage standard sont fabriquées conformément aux normes industrielles, telles que ISO, ANSI, etc. Une bague de verrouillage sur mesure est conçue spécifiquement pour une application unique.

Quand les bagues de verrouillage standard suffisent

Pour les assemblages mécaniques produits en grande série et de complexité faible à moyenne, où les charges et les conditions sont bien connues et ne nécessitent pas de dispositifs spéciaux, seules des bagues de verrouillage standard suffisent. Ces applications comprennent les vérins hydrauliques et pneumatiques, les composants de transmission automobile, etc.

Quand des bagues de verrouillage personnalisées sont nécessaires

Des bagues de verrouillage sur mesure sont utilisées lorsque des dimensions spéciales, des charges élevées, des matériaux uniques, des tolérances serrées ou des méthodes d'installation particulières sont requis ; elles sont alors conçues en fonction de ces exigences. On les retrouve notamment dans les applications telles que les arbres de moteurs et les turbines de l'aéronautique, ainsi que dans les applications à forte charge. machinerie industrielle, etc., utilisent des bagues de verrouillage personnalisées.

Les bagues de verrouillage sont-elles usinées CNC ?

Oui, l'usinage CNC est utilisé pour les bagues de verrouillage lorsque les exigences sont une efficacité élevée, une grande précision dimensionnelle et une réduction maximale des déchets de matière. Parfois, en raison de conceptions sur mesure, les outils traditionnels ne sont pas adaptés à la fabrication de ces bagues.

Quand les bagues de verrouillage nécessitent un usinage CNC

Généralement, les procédés d'emboutissage ou de formage de fil sont utilisés pour la production rapide et économique de bagues de verrouillage. Cependant, ces procédés ne permettent pas d'obtenir des dimensions précises lorsque les conceptions sont complexes et que des tolérances serrées doivent être respectées. Dans ce cas, on recourt aux machines à commande numérique (CNC) pour la fabrication des bagues de verrouillage.

Usinage CNC pour bagues de verrouillage

Le tournage CNC se distingue par son efficacité à produire des bagues de verrouillage rondes ou circulaires, même lorsque les tolérances sont très serrées et critiques. Ce procédé permet de réaliser des caractéristiques telles que le diamètre intérieur, le diamètre extérieur, le filetage, les rainures et les faces d'extrémité. Le tournage CNC garantit un ajustement parfait de la bague de verrouillage dans la rainure de l'arbre.

Les bagues de verrouillage, principalement fabriquées par tournage CNC, comprennent :

• Bagues de verrouillage filetées
• Bague de blocage de roulement
• Anneau de verrouillage optique

Usinage CNC pour bagues de verrouillage

Lorsque la conception des bagues de verrouillage est complexe ou non axisymétrique, on recourt à l'usinage CNC. Cette opération est utile pour la réalisation de trous de boulons, de logements, de méplats et de formes sur mesure. Les bagues de verrouillage à bride et les bagues de verrouillage fendues sont principalement fabriquées par usinage CNC.

Que vous ayez besoin de bagues de verrouillage dotées de caractéristiques spécifiques ou que vous exigez une haute précision, Services d'usinage CNC personnalisés Tuofa peut vous proposer une solution idéale.

Matériaux couramment utilisés pour les anneaux de verrouillage sur mesure

Chaque matériau possède ses propres caractéristiques et son choix dépend donc de l'environnement d'utilisation. Voici quelques matériaux couramment utilisés pour les bagues de verrouillage :

Acier inoxydable

Les bagues de verrouillage fabriquées dans ce matériau sont principalement utilisées dans les secteurs de la robotique, de l'aérospatiale et de l'automobile (composants secondaires). Les alliages d'aluminium 6061 et 7075 sont les plus couramment employés dans ces applications. Si l'on recherche un matériau léger, offrant une résistance mécanique satisfaisante, une bonne usinabilité et une excellente résistance à la corrosion, on privilégie les alliages d'aluminium tels que le 6061 et le 7075.

Acier allié

Pour répondre aux exigences de haute résistance, de ténacité, de résistance à l'usure et à la fatigue, ainsi que de fiabilité sous charges, l'acier allié, tel que l'AISI 4140, l'AISI 10145 et le 42CrMo, est le choix idéal. Les applications des bagues de verrouillage en acier allié comprennent :

• systèmes de convoyeur
• équipement agricole
• ensembles de montage d'engrenages
• anneaux de retenue d'arbre.

Acier Inoxydable

L'acier inoxydable est un matériau reconnu pour son excellente résistance à la corrosion grâce à sa teneur en chrome de 17 à 19 %, qui forme une couche passive de chrome.₂O_3. Les nuances couramment utilisées pour les bagues de verrouillage sont 304 et 316. anneaux de verrouillage en acier inoxydable sont employés dans :

• applications marines
• équipement de transformation des aliments
• systèmes de traitement de l'eau
• ensembles automobiles légers

Titane

On utilise le titane, notamment son grade 5 (Ti-6Al-4V). Il offre une très haute résistance mécanique, une excellente résistance à la corrosion et une grande fiabilité en environnements extrêmes. C'est un matériau coûteux, réservé aux applications critiques.

• véhicules de course
• équipement rotatif à grande vitesse

Considérations clés relatives à la conception des anneaux de verrouillage

Lors de la conception d'une bague de verrouillage, les facteurs suivants sont importants pour garantir des performances fiables et durables de cette bague.

Conception de rainure

La conception de la gorge est un facteur fondamental pour les performances des bagues de verrouillage. Sa largeur, sa profondeur, le rayon de ses bords et sa tolérance influent sur l'ajustement de la bague. Par conséquent, la bague de verrouillage doit être conçue en tenant compte de ces paramètres pour obtenir des performances optimales. Toute différence dans la conception ou ces paramètres entraînera un ajustement imprécis et, de ce fait, affectera directement les performances.

Exigence de charge

Une bague de verrouillage ne se contente pas de maintenir les composants en place ; elle supporte également des charges. Il est donc essentiel, lors de sa conception, d'évaluer la charge qu'elle devra supporter. Si la charge dépasse sa capacité de charge, la bague risque de se fissurer et de provoquer une défaillance.

Tolérance dimensionnelle

Une bague de verrouillage présente les dimensions suivantes :

• Tolérance du diamètre intérieur
• Tolérance du diamètre extérieur
• tolérance d'épaisseur
• Concentricité

Ces dimensions sont importantes à prendre en compte car le fonctionnement d'une bague de verrouillage repose sur un engagement mécanique. Si le diamètre intérieur est trop important, cela entraînera des problèmes d'engagement et donc une défaillance du mécanisme de verrouillage.

Finition de surface

L'état de surface est également un facteur important à prendre en compte, notamment en cas de risque de fatigue, lors de la conception d'une bague de verrouillage. Il est essentiel de comprendre les facteurs tels que la rugosité de surface, les bavures et les arêtes vives avant de concevoir une telle bague.

Causes courantes de défaillance des bagues de verrouillage

Voici quelques-unes des principales causes de défaillance des bagues de verrouillage, principalement lors de leur application :

Installation incorrecte

Il s'agit de la première étape de l'utilisation d'une bague de verrouillage, quelle que soit l'application. Une installation incorrecte empêchera l'engagement mécanique de la bague et, par conséquent, un verrouillage insuffisant. Lorsque les composants ne sont pas correctement maintenus, ils bougent, glissent et vibrent, ce qui finit par provoquer des défaillances.

Groove Wear

L'usure de la gorge entraîne la défaillance du verrou car elle provoque un relâchement du serrage de la bague de verrouillage. Lorsque celle-ci se desserre dans sa gorge, les composants subissent un mouvement axial, les contraintes deviennent inégales et la bague se déforme, ce qui finit par entraîner sa rupture.

Surcharge et impact

Une charge dépassant la capacité de charge de la bague de verrouillage entraînera inévitablement sa déformation, sa fissuration et, à terme, sa rupture. De plus, si le matériau de la bague de verrouillage n'est pas suffisamment résistant, il ne pourra pas supporter un choc.

Corrosion et dommages de surface

La corrosion et les dommages de surface sont des causes interdépendantes de la défaillance des bagues de verrouillage. Si le matériau ne présente pas une bonne résistance à la corrosion, en raison de l'environnement corrosif, la bague de verrouillage se corrodera et perdra de sa résistance.

Conclusion

Les bagues de verrouillage sont des éléments essentiels de tout équipement ou machine, car elles maintiennent fermement les autres composants et les empêchent de glisser, de bouger ou de vibrer. Généralement, on utilise l'emboutissage pour fabriquer des bagues de verrouillage, mais pour les applications critiques et afin de respecter des tolérances serrées, on a recours à des machines à commande numérique (CNC). L'acier allié, l'acier inoxydable, les alliages d'aluminium et le titane sont les matériaux couramment utilisés pour la fabrication des bagues de verrouillage.

QFP

Bague de blocage vs bague de retenue : sont-elles identiques ?

• Une serrure remplit deux fonctions : retenir les composants et verrouiller activement ces composants sous contrainte.
• Il existe de nombreux types de bagues de retenue, principalement utilisées pour maintenir les composants sur un arbre ou à l'intérieur d'un alésage.

Quelle est la différence entre un anneau de retenue et un anneau élastique ?

• Une bague de retenue désigne toute bague utilisée pour retenir les composants sur un arbre.
• Un anneau de retenue qui s'enclenche dans une rainure usinée lors de l'installation est appelé un anneau élastique.

Quels sont les deux principaux types d'anneaux de retenue ?

Les principaux types de bagues de retenue sont la bague de retenue externe et la bague de retenue interne. La bague de retenue externe est installée à l'extérieur d'un arbre, tandis que la bague de retenue interne est installée à l'intérieur d'un alésage ou d'un logement.