Goupille conique

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Il est important de savoir que les goupilles définies par la norme E27-481 ne doivent plus être utilisées que pour résoudre des problèmes de rechange.

Une goupille conique comme son nom l’indique, est donc un petit tronc de cône, muni de deux bouts arrondis.

Tronc de cône ?

Lorsque l’on veut définir un tronc de cône on se trouve confronté à une multitude de possibilité pour le décrire.

Comment le définir ?

Les paramètres les plus utilisés en construction mécanique sont au nombre de 5, dont trois dimensions telles que les diamètres D et d et sa longueur L (ces trois paramètres sont suffisants pour définir ce tronc de cône).Mais comme vous l’avez constaté avec cette goupille conique on vous a fourni en plus un terme appelé “conicité”. Lorsque l’angle au sommet du cône est faible (ce qui est le cas pour notre goupille), un technicien parle de conicité, car les deux diamètres sont très voisins…

La notion de conicité ne doit pas être confondu avec celle de la pente qui est très voisine.

Relation Conicité-Pente

Voici quelques informations utiles…

Bon maintenant revenons à notre goupille conique

Goupille conique

Sa conicité est de de 2%. Le diamètre “d” de la goupille est positionnée par la cote “a” qui va positionner le plan de jauge de mesure de ce cône.

La norme NFE 27-483 indiquait une tolérance sur cette conicité en fonction de la longueur, je ne sais si cela existe encore : Je ne m’explique pas pourquoi cette tolérance diminue avec la longueur de la goupille

Pour L<40 conicité comprise entre 1,95 et 2,05 %, pour L entre 40 et 80 conicité entre 1,96 et 2,04 %, et enfin supérieur à 80 la conicité devait être comprise entre 1,97 et 2,03.

Il en existe deux types : Type A rectifiées avec une rugosité de 0,8 et Type B tournées avec une rugosité de 3,2.

La désignation normalisée est par exemple : “goupille conique ISO 2339 d x L Type A”.

Elles peuvent être munies d’un trou taraudé (ISO 8736) ou d’une tige filetée (ISO 8737). La principale fonction de ce trou taraudé est de faciliter l’extraction de la goupille lorsque l’accès du chasse goupille de l’autre coté est délicat voir impossible.

Les produits industriels

Le pieds de positionnement

Celles munies d’une tige filetée, sont généralement utilisées pour obtenir un positionnement précis et sont donc souvent appelées “goupilles de positionnement”

Elles peuvent être munies d’une tige filetée (ISO 8737)

Observez la différence entre la photo et le dessin, la conicité du cône est inverse

Celles munies d’une tige filetée, sont généralement utilisées pour obtenir un positionnement précis et sont donc souvent appelées “goupilles de positionnement”

Les deux dessins ci-contre ne remplissent pas exactement la même fonction et impliquent des protocoles de montage et de démontage différents. (Fig 1)_ La pièce 1 est positionnée par rapport à 2 par un emmanchement conique, mais elle peut être extraite vers la droite, elle n’est retenue que par le coincement. La goupille reste en place dans la base 2 et peut être réutilisée. La tige filetée sert à son extraction de la base 2. (Fig 2)_La pièce 1 est positionnée par rapport à 2 par un emmanchement conique, mais elle ne peut être extraite sans démontage de la goupille de la base 2.

Ici la tige filetée (fig 2) ne sert pas au démontage, mais plutôt à assurer la fiabilité de la liaison entre 1 et 2. Le sens de la conicité ne retient pas la goupille dans la base.

Mais maintenant ces produits ne sont plus utilisés, l’industrie a créée d’autres composants plus adaptés et qui ne sont plus régis par le coincement.

Les produits industriels

Liaison encastrement

L’utilisation de ce genre de goupille pour rendre solidaire, deux pièces, donne une liaison avec un positionnement précis, mais nécessite un usinage délicat par perçage et puis par alésage conique.

Le coincement

Le maintien en position dans son logement est obtenue par coincement.

La goupille conique utilise le phénomène du “coincement” qui dépend lui même des notions de pression de contact, de frottement ou d’adhérence.

La pression de contact

Enfoncer la goupille dans son logement (si celui ci est conique également) entraine une augmentation de la pression superficielle de contact qui est une des cause de la notion de coincement, mais pas la seul, je pense…

La longueur de cette goupille est souvent choisie égale à 10 fois le diamètre.

Dans le précis de construction mécanique,tome 3, éditeur AFNOR-NATHAN de 1984dont les auteurs sont D.Sacquepey et D.Spenle, jai trouvé des abaques liant la pression de contact avec l’effort de pénétration. Le modèle de calcul est expliqué dans le précis. On voit que cette pression peut atteindre en théorie par exemple pour une goupille de diamètre 4, et de longueur 40, 125 MPa sous un effort de pénétration d’environ 6OO daN.

Il faut se préoccuper la pression de matage imposé aux matériaux.

Maintenant que nous avons une idée de la pression que l’on peut imposer aux matériaux, avec cette même théorie on peut se faire une idée de l’effort nécessaire pour extraire cette goupille. On peut retenir approximativement que l’effort d’extraction est la moitié de l’effort de pénétration.

Continuons à analyser les causes de ce coincement….

Le coin de bucheron et l’adhérence…

Le coincement est phénomène mécanique que nous utilisons souvent….

Ces coins de bucherons sont utilisés pour fendre des bûches. Entre deux chocs consécutifs sur ces coins, celui ci reste bloqué “coincé” dans la bûche. C’est un phénomène mécanique qui utilise l’adhérence et la pente du coin.

Modélisons ce coin, à l’aide de la photo (fig 1). On obtient un modèle spatial (fig 2). Simplifions encore en regardant de profil, pour supposer avoir un problème plan et appliquons un effort de pénétration sur le coin (fig 3).

Essayons de voir les efforts en jeu en supposant que le bois réagit de façon symétrique en deux forces normales au contact (fig 4). Si l’on suppose équilibre, le P.F.S. nous donne le dynamique fermé (fig 5) et les trois forces sont bien concourantes.

Améliorons notre étude en supposant un frottement au contact avec la bûche. Les forces de contact s’inclinent de l’angle d’adhérence par rapport à la normale en s’opposant à l’introduction du coin (fig 6), d’ou des efforts d’écartement moins importants, comme le montre le dynamique de l’équilibre supposé (fig 7).

Maintenant observons ce que devient ce coin, lorsque l’effort de pénétration n’existe plus, on constate  souvent que le coin reste bloqué dans la bûche. Le coin est en équilibre sous l’action de deux forces (fig 8). Le principe fondamental de la statique nous permet de déduire que ces deux forces sont égales et opposées (fig 9), le support est probablement comme je le dessine. Mais pour l’intensité, on peut juste présumer que celle-ci est de l’ordre de grandeur de celle obtenue dans la position d’équilibre étudiée précédemment. L’angle que fait chaque force par rapport à sa normale est obligatoirement inférieur à l’angle d’adhérence, sinon l’équilibre ne sera que théorique.

Maintenant cherchons à extraire ce coin. L’équilibre supposé avant glissement du coin est obtenu avec trois forces. Les forces de contacts s’inclinent de l’angle d’adhérence par rapport à la normale en s’opposant au futur possible déplacement du coin. Si l’on suppose également que le module de ces actions est environ égale à la valeur obtenue lors de la pénétration, nous pourrons trouver l’effort d’extraction.

Ce modèle et cet ensemble d’isolement permet de se faire une idée du mode de fonctionnement du coincement. Avec une étude un peu plus rigoureuse, on pourra mettre en évidence une relation entre l’angle au sommet du cône et l’angle d’adhérence permettant de définir si ce coin restera coincé ou non dans la bûche.

Prenons un autre exemple de coincement….

La cale de porte

Ce petit coin domestique en bois permet d’immobiliser une porte. Le principe est le même. L’intensité de l’effort que vous fournirez sur la porte risque de n’y rien changer.

La lime

ici vous avez un autre exemple qui utilise le même principe du coincement. La liaison encastrement se réalise grâce à la forme pentue de l’extrémité de la lime que l’on force dans le manche.

Le cône morse

Vous pouvez observer dans cette contre pointe, l’utilisation d’un cône morse pour réaliser une liaison encastrement. Et pour extraire cette tête de perçage de son manchon il est nécessaire d’utiliser un choc.

Ces cônes morses très employés dans les outils de fabrication mécanique (perçage, tournage…) sont normalisés (NF ISO 296). La conicité de ces cônes est de l’ordre de 5%.

Ici vous avez un cône à tenon

Ont emploi également des cônes morses munis d’un trou taraudé. Les cônes morses sont numérotés, la conicité, ainsi que les cotes liées au plan de jauge pour coter ce cône sont communes aux deux cônes présentés.

Le tenon est une sécurité pour n’avoir aucun glissement en rotation possible. L’effort d’extraction est d’environ la moitié de l’effort de pénétration.

Voici la forme que peut prendre le manchon d’accueil du cône morse. Vous remarquerez le perçage oblong permettant l’introduction d’un coin pour l’éjection du cône morse.

Dans le même précis de construction, on peut trouver le même genre d’abaques liés à l’effort de pénétration et la pression de contact.

Ce cône morse participant à la transmission d’un couple, on trouvera également un abaque permettant d’évaluer celui-ci en fonction de la pression de contact imposé à ce cône.

Bon je vais m’arrêter là, c’est sans fin….

Il faudrait expliquer aussi ce qu’est un plan de jauge….. parler du frottement et de l’adhérence….

Par exemple, sans frottement cette boite dont on connaitrait le poids peut elle être en équilibre sur un escalier, comme le dessin l’indique ? Cela nous semble probable ….

Tout ça pour une goupille conique que l’on utilise presque plus….

Et ces pieds de positionnement avec un cône de type morse, ça existe encore ?

Et la clavette vélo, ou tangentielle c’est aussi très proche de la goupille conique…….

Bon ça suffit…..