Calculateur de clavettes : dimensionnement par résistance au cisaillement
Qu’est-ce qu’une clavette et à quoi sert-elle ?
Une clavette est un organe de liaison mécanique qui empêche la rotation relative entre un arbre et un moyeu (poulie, engrenage, roue) tout en transmettant le couple entre les deux pièces. Elle se loge dans une rainure usinée à la fois dans l’arbre et dans l’alésage du moyeu, formant un blocage en rotation simple, économique et facilement démontable.
C’est l’une des solutions de liaison arbre-moyeu les plus utilisées en mécanique générale, aux côtés des cannelures (pour les couples plus élevés) et du frettage (pour les liaisons permanentes sans démontage).
Les deux types de clavettes courants
Clavette parallèle (ISO 2491 / DIN 6885) : section rectangulaire constante sur toute sa longueur, logée dans une rainure droite. C’est la solution la plus répandue, utilisée dès que le couple à transmettre dépasse ce qu’une clavette à disque peut encaisser. Elle nécessite un usinage de rainure sur l’arbre et dans le moyeu.
Clavette à disque (DIN 6888, « Woodruff ») : en forme de demi-disque, elle se loge dans une rainure semi-circulaire fraisée dans l’arbre. Son principal avantage : elle s’aligne automatiquement dans sa rainure (autobloquante), ce qui simplifie le montage. En contrepartie, elle affaiblit davantage la section de l’arbre et convient surtout aux couples modérés, sur arbres de petit à moyen diamètre.
Comment se calcule le dimensionnement
Le dimensionnement repose sur la vérification de deux modes de défaillance possibles :
- Le cisaillement : la force tangentielle transmise par le couple tend à cisailler la clavette dans le plan de contact entre l’arbre et le moyeu. La contrainte de cisaillement se calcule par τ = Ft / (b × L), où Ft est la force tangentielle, b sa largeur et L sa longueur.
- La compression (matage) : les flancs de la clavette subissent une pression de contact contre les parois de la rainure. La contrainte de compression se calcule par σ = 2·Ft / (h × L), où h est la hauteur de la clavette.
En pratique, c’est souvent la compression aux flancs qui limite la longueur, pas le cisaillement. Le calculateur détermine la largeur b et la hauteur h selon les dimensions normalisées ISO 2491 (fonction du diamètre d’arbre), puis calcule la longueur minimale nécessaire pour que ces deux contraintes restent sous les valeurs admissibles du matériau, avec le coefficient de sécurité choisi.
Comment lire les résultats
Le calculateur affiche la longueur minimale calculée par la résistance, puis une longueur standard recommandée — généralement le maximum entre cette longueur calculée et 1,5 fois le diamètre de l’arbre, une règle empirique courante pour éviter les clavettes disproportionnellement courtes qui basculeraient ou useraient prématurément leur rainure.
Un statut « conforme » ou « non conforme » s’affiche pour chaque mode de défaillance (cisaillement et compression). En cas de non-conformité, plusieurs options existent : augmenter le diamètre de l’arbre, choisir un matériau plus résistant, réduire le couple transmis, ajouter une seconde clavette à 180°, ou passer à un assemblage par cannelures pour les couples importants.
Bonnes pratiques de montage
Le jeu latéral entre la clavette et sa rainure doit rester faible (généralement 0,01 à 0,05 mm) pour éviter le matage et le jeu angulaire en fonctionnement. L’alignement entre les rainures d’arbre et de moyeu doit être vérifié avant montage, et les chocs pendant l’assemblage ou le démontage sont à éviter — ils peuvent marquer prématurément les flancs de la rainure et créer du jeu.
Limites de l’outil
Ces calculs restent indicatifs, basés sur des formules analytiques classiques de résistance des matériaux. Pour les applications critiques (couples élevés, charges dynamiques ou chocs répétés, environnements sévères), une vérification par un ingénieur reste recommandée, tenant compte des coefficients de concentration de contrainte et des normes spécifiques à l’application.
Sources: https://www.iso.org/fr/standard/7413.html,
Voir aussi: Optimiseur découpe tubes, Calculateur Ajustement, Accueil