Spline (mécanique)

Une cannelure est une crête ou une dent sur un arbre de transmission qui correspond à une rainure dans une pièce d'accouplement et lui transfère le couple , en maintenant la correspondance angulaire entre elles.

Par exemple, un engrenage monté sur un arbre peut utiliser une cannelure mâle sur l'arbre qui correspond à la cannelure femelle sur l'engrenage. Les images adjacentes dans la section ci-dessous montrent un arbre d'entrée de transmission avec des cannelures mâles et un plateau d'embrayage avec des cannelures femelles correspondantes dans le moyeu central, où la pointe lisse de l'essieu serait supportée dans un palier pilote dans le volant moteur (non représenté). Une alternative aux cannelures est une rainure de clavette et une clavette , bien que les cannelures offrent une durée de vie en fatigue plus longue et puissent supporter des couples nettement plus élevés pour la taille.

Il existe plusieurs types de splines :

Clé cannelée parallèle

où les côtés des rainures régulièrement espacées sont parallèles dans les deux directions, radiale et axiale.

Spline à développante

où les côtés des rainures régulièrement espacées sont en développante , comme dans le cas d'un engrenage à développante , mais pas aussi hauts. Les courbes augmentent la résistance en diminuant les concentrations de contraintes .

Cannelures couronnées

où les côtés des rainures régulièrement espacées sont généralement involutés, mais les dents mâles sont modifiées pour permettre un désalignement.

Dentelures

où les côtés des rainures régulièrement espacées forment un « V ». Ceux-ci sont utilisés sur des arbres de petit diamètre.

Cannelures hélicoïdales

où les rainures régulièrement espacées forment une hélice autour de l'arbre. Les côtés peuvent être parallèles ou en développante. Cela peut soit minimiser les concentrations de contraintes pour un joint stationnaire sous une charge élevée, soit permettre un mouvement rotatif et linéaire entre les pièces.

Cannelures à billes

Les rainures des parties intérieures et extérieures sont formées de chemins de roulement linéaires remplis de roulements à billes pour permettre un mouvement linéaire libre même sous un couple élevé. Pour permettre un déplacement plus long, la cannelure extérieure peut incorporer des canaux pour faire recirculer les billes, de cette manière le couple peut être transféré d'un arbre long tout en se déplaçant vers le haut ou vers le bas.

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  Détail d'un joint cannelé
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  Une cannelure à l'extrémité d'un arbre d'entrée de transmission manuelle
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  Disque d'embrayage avec moyeu cannelé pour engrener avec l'arbre d'entrée illustré
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  Un arbre de transmission avec une cannelure au centre et des joints universels aux extrémités pour transmettre le couple et la rotation et permettre des changements de longueur
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  Cannelures sur l' extrémité CV d'un arbre d'essieu
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  Cannelures correspondantes d'une cassette de vélo et d'un moyeu libre avec une cannelure principale visible en haut

Les arbres de transmission des véhicules et des prises de force utilisent des cannelures pour transmettre le couple et la rotation et permettre des changements de longueur. Les cannelures sont omniprésentes dans l'aérospatiale, en raison de leur fiabilité et de leur durée de vie en fatigue supérieures à celles des arbres clavetés.

Les cannelures sont utilisées à plusieurs endroits sur les vélos . Les interfaces de manivelle et d'arbre de pédalier qui sont cannelées comprennent ISIS Drive , Truvativ GXP et Howitzer , Octalink de Shimano et bien d'autres, dont la plupart sont propriétaires. Certains pédaliers sont dotés d'araignées modulaires, où le couple est transmis par des cannelures. Les cassettes s'engagent dans le moyeu libre via une cannelure qui a une rainure plus large que les autres pour assurer une orientation fixe. Les interfaces de montage de frein à disque qui sont cannelées incluent Centerlock, de Shimano.

Les moteurs d'avion peuvent être dotés d'une cannelure sur laquelle est montée l' hélice . Il peut y avoir une cannelure principale plus large que les autres, de sorte que l'hélice ne puisse être montée que dans une seule orientation, afin de maintenir l'équilibre dynamique . Cette disposition est généralement utilisée dans les moteurs de plus grande taille, tandis que les moteurs plus petits utilisent généralement un modèle de fixations filetées à la place.

Il existe deux types complémentaires de cannelures, internes et externes. Les cannelures externes peuvent être brochées , façonnées (par exemple sur une machine à tailler les engrenages ), fraisées , taillées , laminées , rectifiées ou extrudées . Il existe moins de méthodes disponibles pour la fabrication de cannelures internes en raison des restrictions d'accessibilité. Les méthodes comprennent celles énumérées ci-dessus à l'exception du taillage par taillage (pas d'accès). Souvent, avec les cannelures internes, la partie cannelée de la pièce peut ne pas avoir de trou traversant, ce qui empêche l'utilisation d'une méthode de brochage par traction/poussée ou d'extrusion. De plus, si la pièce est petite, il peut être difficile d'insérer un outil de fraisage ou de meulage dans la zone où les cannelures sont usinées.

Pour éviter les concentrations de contraintes, les extrémités des cannelures sont chanfreinées (par opposition à une extrémité verticale abrupte). De telles concentrations de contraintes sont une cause principale de défaillance des cannelures mal conçues.