Les joints à encliquetage sont des mécanismes de fixation qui relient deux composants ou plus à l'aide de fonctionnalités de verrouillage. Ils constituent l'un des moyens les plus efficaces et les plus simples d'assembler des pièces et sont couramment trouvés dans les objets du quotidien qui nous entourent, tels que les bouchons de bouteilles en plastique, les couvercles de batterie, les étuis pour smartphones, les capuchons de stylos, les couvercles de stockage de nourriture et de nombreuses pièces de jouets en plastique.
Dans cet article, nous explorerons en détail les joints à encliquetage, en discutant de leurs différents types, des avantages et des limites de chacun, et en proposant des conseils de conception pour éviter les problèmes courants.
Que sont les joints à pression ?
Pour mieux comprendre le concept de « joints à encliquetage », décomposons le terme. « Ajustement par pression » fait référence à un type de technique de fixation mécanique dans laquelle un élément flexible, tel qu'un crochet, un cordon ou une saillie, sur une pièce, s'emboîte avec un élément de réception (comme une rainure ou un trou) sur la pièce d'accouplement pour créer une fixation sécurisée. connexion. La connexion est formée par la déformation élastique de l'élément flexible, qui se remet en place une fois correctement aligné avec la pièce d'accouplement.
Les joints à encliquetage sont une application pratique de cette technique d'encliquetage, conçue pour assembler des pièces sans avoir besoin de fixations supplémentaires telles que des vis ou des adhésifs. La flexibilité étant une propriété cruciale pour les matériaux utilisés dans les composants à encliquetage, les plastiques deviennent le premier choix, car leur élasticité leur permet de résister sans dommage aux déformations répétées pendant le processus d'encliquetage.
Ces joints peuvent être permanents ou détachables, selon le type de contre-dépouille et la méthode d'assemblage. Ils offrent des avantages significatifs en termes d'économies de temps et d'argent en réduisant l'utilisation de matériaux et en éliminant le besoin d'outils ou d'équipements spécialisés. Avec des pièces qui peuvent être reliées par une simple pression ou poussée, les joints à encliquetage sont particulièrement adaptés aux chaînes d'assemblage automatisées.
Le moulage par injection est traditionnellement une méthode efficace pour produire des joints à encliquetage en grandes quantités, tandis que l'impression 3D a ouvert de nouvelles possibilités pour les tests de conception rapides et la vérification fonctionnelle, améliorant ainsi le processus de développement des joints à encliquetage.
Types de joints à pression
Les joints à encliquetage sont disponibles dans différentes conceptions, chacune adaptée à des applications spécifiques en fonction de la forme, de la direction de l'encliquetage et des propriétés mécaniques requises. Voici les types les plus courants :
Joints encliquetables en porte-à-faux
Les joints à encliquetage en porte-à-faux sont les plus largement utilisés parmi les types à encliquetage, caractérisés par une structure de poutre en porte-à-faux fixée à une extrémité et libre de se déplacer à l'autre. La poutre peut être droite, en forme de L ou avoir d'autres formes spécifiques, souvent avec une saillie à l'extrémité libre pour s'emboîter avec une rainure ou un trou correspondant sur la pièce d'accouplement.
Lors de l'engagement, la poutre se plie pour accueillir la pièce correspondante puis revient à sa position d'origine, assurant un verrouillage sécurisé. Cette déformation élastique permet un montage rapide et, dans certains cas, un démontage par déformation inverse.
Avantages : Ce type de joints est généralement plus simple à concevoir et plus facile à fabriquer, notamment par moulage par injection. D'une grande flexibilité, ils s'adaptent à une plus large gamme de déformations lors de l'assemblage sans dommage. Cela les rend adaptés aux connexions permanentes et détachables.
Limitations : Ils éprouvent souvent une concentration de contraintes à la base de la poutre, ce qui peut entraîner une fatigue du matériau, en particulier sous des charges élevées ou une utilisation fréquente.
Applications : Ces joints sont le choix idéal pour les boîtiers en plastique dans l'électronique grand public, les couvercles de batterie dans les appareils électroniques, les capuchons et couvercles à clipser pour l'emballage, les composants intérieurs automobiles tels que les panneaux de tableau de bord, les assemblages de jouets et composants légers où des connexions simples, sécurisées et souvent temporaires sont nécessaires.
Les joints à pression en forme de U et en forme de L sont des formes spécialisées d'ajustements à pression en porte-à-faux. Ils partagent les mêmes avantages et inconvénients fondamentaux, mais offrent des avantages supplémentaires dans des contextes spécifiques, par exemple : Les joints à pression en forme de U permettent d'utiliser des poutres plus longues dans des espaces compacts, ce qui réduit les forces d'assemblage et minimise la concentration des contraintes : idéal pour les espaces de conception restreints où la flexibilité des matériaux est un problème. Les joints à pression en forme de L d'autre part, offrent un verrouillage directionnel et une rigidité améliorée dans des orientations spécifiques, ce qui les rend adaptés aux applications dans lesquelles les pièces sont assemblées sur le côté ou doivent résister à des forces dans des directions particulières.
Ces conceptions permettent la création de joints à encliquetage sans contre-dépouilles complexes, ce qui réduit le besoin de composants de moule supplémentaires, tels que des curseurs, lors du moulage par injection. Cela rend le processus de production plus simple et plus rentable.
Joints à pression de torsion
Contrairement aux joints à encliquetage en porte-à-faux, les joints à encliquetage par torsion reposent sur la torsion (déformation en torsion) d'une barre ou d'un arbre pour obtenir la déviation au lieu d'une flexion linéaire. Dans un ajustement par torsion, un bras ou un levier de torsion tourne autour d'un point de pivotement lorsqu'une force d'assemblage est appliquée. Cette rotation permet à l'élément de verrouillage de s'engager dans la pièce d'accouplement. Après engagement, le bras de torsion revient à sa position d'origine grâce à la torsion élastique du matériau, sécurisant ainsi l'articulation. Ce mécanisme permet un assemblage rapide et, s'il est conçu pour une rotation réversible, peut également permettre un démontage facile.
Avantages : Comme ils reposent sur la torsion plutôt que sur la flexion linéaire, les ajustements par torsion peuvent être incorporés dans des conceptions avec un espace linéaire limité, offrant ainsi des solutions d'assemblage compactes. De plus, le mouvement de torsion répartit les contraintes plus uniformément, réduisant ainsi le risque de fatigue du matériau par rapport à la déflexion linéaire dans les conceptions en porte-à-faux.
Limitations : Les ajustements à pression par torsion sont principalement adaptés aux connexions rotatives, limitant leur utilisation aux applications nécessitant un mécanisme de torsion. La conception peut être plus complexe, car l'élément de torsion doit maintenir un équilibre précis entre flexibilité et résistance pour des performances fiables. Au fil du temps, les actions de torsion répétées peuvent provoquer une usure, en particulier dans les scénarios d'utilisation intensive ou de contraintes élevées.
Applications : Ces joints sont largement utilisés dans les couvercles et les portes à charnières, comme les boîtes à gants et les panneaux d'accès, ainsi que dans les mécanismes de verrouillage comme les serrures de valises. On les retrouve également dans les appareils pliables, tels que les téléphones à clapet, et dans les jouets interactifs dotés de pièces rotatives.
Joints annulaires à encliquetage
Les joints annulaires à encliquetage comportent une saillie en forme d'anneau qui s'enclenche dans une rainure correspondante sur la pièce d'accouplement, créant un engagement à 360° qui fournit une connexion solide et uniforme autour d'un composant cylindrique.
Avantages : L'engagement uniforme autour de la circonférence de la pièce assure une répartition uniforme des contraintes, ce qui réduit la concentration des contraintes et améliore la résistance des articulations par rapport aux ajustements à pression en porte-à-faux. Cette conception offre également de meilleures capacités d’étanchéité et une force de rétention élevée.
Limitations : par rapport aux ajustements à pression en porte-à-faux, les ajustements à pression annulaires présentent moins de flexibilité lors de l'assemblage, car la saillie en forme d'anneau doit se déformer uniformément, ce qui peut être difficile pour les matériaux plus durs. Une fois engagés, ils sont souvent difficiles à démonter, surtout s'ils sont conçus pour un ajustement serré, ce qui les rend plus adaptés aux connexions permanentes. La nature circulaire et continue de l’ajustement nécessite également des moules plus complexes et des tolérances plus strictes, augmentant ainsi la complexité de fabrication.
Applications : Ils sont couramment utilisés dans les fermetures de bouteilles, les connecteurs de plomberie et les fermetures de dispositifs médicaux où des joints étanches aux fluides ou aux gaz sont essentiels, ainsi que dans les capuchons de stylos, les couvercles de marqueurs et les pièces cylindriques automobiles telles que les tuyaux. connecteurs, filtres et réservoirs de fluide, où une connexion étanche à 360 degrés est essentielle.
Comment concevoir des joints à emboîtement - Calculs de conception
Les calculs de conception des joints à encliquetage sont cruciaux pour déterminer la flèche admissible, les limites de déformation et les forces d'accouplement. La réalisation de ces calculs dès le début de la phase de conception permet d'ajuster les dimensions, les matériaux et la géométrie, garantissant ainsi des performances optimales avant le prototypage ou la fabrication. Si vous souhaitez consulter une étude informative complète sur la conception des joints à encliquetage, vous pouvez visiter ici.
Joints à pression en porte-à-faux
Paramètres et formules clés
Maximum Bending Stress (σmaximum）：
où：M= Moment de flexion maximalc = Distance entre la fibre extérieure et la fibre neutre I = Moment d'inertie de la section
Déformation maximale (ε) :
où :E = module d'Young du matériau
Déflexion (y) pour section constante:
où :l = Longueur de la poutreh = Épaisseur à la racine de la poutre
Force de déviation (P) :
où :b= Largeur de la poutreEₛ = Module sécantε = Souche admissible
Considérations de conception
Use transitions en douceur and add filets to reduce stress concentrations.
Ensure that déviation and souche remain within permissible limits to avoid material fatigue or failure.
Select materials with appropriate module d'élasticité and capacité de déformation to accommodate bending without permanent deformation.
Joints à pression de torsion
Paramètres et formules clés
Angle de torsion (φ) :
où :y = Déflexionl = Longueur du bras de levier
Déformation de cisaillement maximale admissible (γₘₐₓ) :
où :ν = Coefficient de Poisson (~0,35 pour la plupart des plastiques)εₘₐₓ = Déformation admissible pour le matériau
Force de déflexion (P) :
où :G = Module de cisaillement (dérivé du module sécant)Iₚ = Moment d'inertie polairer = Rayon de la barre de torsion
Considérations de conception
Select materials with high résistance au cisaillement and good élasticité de torsion.
Ensure the torsion bar's length and radius are optimized to manage the force de déviation and prevent overstressing.
Include a angle de retour to facilitate disengagement if the joint is designed to be separable.
Joints à pression annulaires
Paramètres et formules clés
Contre-dépouille admissible (yₘₐₓ) :
où :d = Diamètre du jointεₘₐₓ = Déformation maximale admissible pour le matériau
Force de déflexion (P) :
où :X = Facteur géométrique basé sur la rigidité relative du tube et de l'arbre
Force d'accouplement (W) :
où :μ = Coefficient de frottementα = Angle d'attaque
Considérations de conception
Design for répartition des contraintes multiaxiale to maintain secure engagement.
Adjust the saper based on material strain capacity and the specific flexibility of the joint parts.
Use materials that are capable of handling grandes déformations without permanent damage, especially when both parts are elastic.
Problèmes courants de conception Snap Fit et meilleures pratiques
Les conceptions à ajustement instantané, même après calculs, ne sont souvent pas entièrement affinées et peuvent rencontrer des problèmes courants pouvant conduire à un échec. Vous trouverez ci-dessous certains de ces problèmes et les meilleures pratiques pour les résoudre :
Problèmes courants dans la conception Snap Fit
Concentration de contraintes : la concentration de contraintes se produit souvent au niveau des angles vifs ou des zones où la fonction d'accrochage fait une transition brusque, comme la base d'une poutre en porte-à-faux. Ces contraintes concentrées peuvent entraîner des fissures ou une défaillance du matériau au fil du temps.
Occurrence du fluage : Le fluage est un phénomène dans lequel un matériau se déforme progressivement sur une longue période de temps sous une charge continue. Cela se produit généralement dans des matériaux tels que les thermoplastiques et peut provoquer le desserrage du joint avec le temps, compromettant ainsi son intégrité.
Fatigue : elle fait référence à la détérioration progressive d'un matériau due à un chargement cyclique ou répétitif, conduisant souvent à la formation et à la croissance de fissures. Un engagement et un désengagement répétés peuvent provoquer de la fatigue, en particulier dans les matériaux qui manquent de résistance à la fatigue, réduisant ainsi la fiabilité de l'encliquetage et pouvant conduire à une défaillance.
Problèmes de tolérance : des tolérances de fabrication inexactes peuvent entraîner un mauvais alignement des éléments d'accrochage, entraînant de mauvaises connexions ou des difficultés d'assemblage.
Conseils essentiels pour la conception de joints à pression
Définir une tolérance appropriée
Une tolérance trop serrée peut provoquer des contraintes excessives lors de l'assemblage, risquant d'endommager les pièces, tandis qu'une tolérance trop lâche peut entraîner des connexions faibles ou peu fiables. Il est essentiel d’atteindre le bon équilibre entre un ajustement parfait et une facilité d’assemblage. En pratique, il est important de prendre en compte le retrait du matériau, les variations de température et l’usure au fil du temps pour maintenir l’intégrité du joint tout au long de sa durée de vie.
Ajouter des congés à la base du porte-à-faux
L'ajout de congés à la base de la poutre en porte-à-faux est une pratique courante pour réduire les concentrations de contraintes qui se produisent généralement aux angles vifs. Un congé arrondi aide à répartir la contrainte plus uniformément, améliorant ainsi la durabilité et la résistance à la fatigue du joint à encliquetage.
Le diagramme ci-dessous montre l’effet de l’augmentation de l’épaisseur des racines sur la concentration des contraintes. Bien que le rapport optimal rayon de racine/hauteur semble être de 0,6 (puisque seule une réduction marginale se produit après ce point), l'utilisation de ce rayon peut créer une zone épaisse à l'intersection de la poutre et de la paroi partielle, provoquant potentiellement des enfoncements ou des vides. Pour éviter cela, l'épaisseur de la racine doit être limitée à 50 à 70 % de l'épaisseur nominale de la paroi. De plus, les tests suggèrent que le rayon ne doit pas être inférieur à 0,38 mm (0,015 pouces).
Effet du rapport entre le rayon de racine et l'épaisseur de la poutre sur la concentration des contraintes dans une poutre en porte-à-faux
Coniquez le design Snap Fit
Contours de contrainte des poutres en porte-à-faux obtenus à partir d'une analyse par éléments finis : (a) poutre d'épaisseur constante, (b) poutre conique.
La réduction consiste à réduire progressivement la hauteur ou la largeur de la section transversale de la poutre en porte-à-faux sur toute sa longueur. Comme le montre la figure, dans une poutre en porte-à-faux à section constante, les contraintes ne sont pas uniformément réparties mais sont concentrées à la racine. En effilant la poutre, la répartition des contraintes devient plus uniforme, permettant à la poutre de se plier plus progressivement lors de la déflexion.
Augmentez la largeur du clip (ou du crochet)
L'augmentation de la largeur du clip ou du crochet à encliquetage peut aider à répartir la charge sur une plus grande surface, réduisant ainsi la pression sur n'importe quel point et minimisant ainsi le risque de fatigue ou de défaillance du matériau. Un clip plus large offre également une plus grande résistance et stabilité, rendant le joint plus robuste. Cependant, la largeur doit être optimisée pour conserver la flexibilité sans sacrifier la résistance.
Envisagez d'ajouter des cosses
Des cosses peuvent être ajoutées aux conceptions à encliquetage pour aider à guider les composants en place pendant l'assemblage et à améliorer l'alignement. En fournissant des points de contact supplémentaires, les cosses peuvent réduire le risque de désalignement et garantir que les pièces s'accouplent correctement, même dans des conditions d'assemblage difficiles. Ils améliorent également la résistance globale de la connexion en offrant un support secondaire, réduisant ainsi le recours à la seule fonction d'encliquetage pour maintenir le joint.
Travaillez avec Chiggo pour concevoir des joints à pression durables
Les joints à pression sont très appréciés dans diverses industries pour leur facilité d'assemblage, leur réutilisation et leur rentabilité. Une conception bien exécutée améliore non seulement la résistance du produit, mais améliore également l'expérience utilisateur, garantissant que les composants s'ajustent en toute sécurité tout en restant faciles à assembler et à démonter.
Chiggo est un fabricant fiable de joints à pression en plastique et en métal de haute qualité, au service de diverses industries depuis près de deux décennies. Nous proposons des services de fabrication personnalisés, notamment l' l'usinage CNC, le moulage par injection et l'impression 3D. Nos ingénieurs expérimentés sont là pour vous aider à améliorer les performances de votre produit et à réduire les coûts. Envoyez votre fichier de conception aujourd'hui et commençons votre prochain projet !
