- Les brides de serrage à genouillère sont des liaisons qui peuvent appliquer une force de serrage très importante, mais qui nécessitent très peu d’effort pour se verrouiller ou se déverrouiller.
- Cela est normalement possible grâce à une » astuce » géométrique qui dirige la force vers la base fixe et ne s’oppose pas du tout à l’action de verrouillage/déverrouillage.
- L’examen de deux styles courants de colliers de serrage à genouillère illustre cette « astuce ».
J’ai toujours été fasciné par les mécanismes qui utilisent une sorte de « truc » géométrique pour accomplir une tâche. Les pinces à genouillère sont un excellent exemple de ce type de mécanisme. Bien qu’il existe de nombreux modèles de pinces à genouillère, le principe de fonctionnement de base est le même dans la plupart des cas.
Connexions à broches et deux éléments de force
Tout commence par l’humble connexion par goupille, qui empêche tout mouvement dans la direction x ou y, mais autorise la rotation. Puisque la rotation est autorisée, aucun moment ne peut être transmis autour de la connexion par goupille. Un moment appliqué entraînerait simplement la rotation de la pièce, au lieu de le transmettre à travers la liaison.
Si un maillon est équipé d’axes aux deux extrémités, une chose intéressante se produit. Toute force à une extrémité qui n’est pas directement le long de la ligne entre les goupilles causerait un moment autour de l’autre extrémité. Comme aucun des deux côtés ne peut supporter ce moment avec des forces de réaction, le système est en déséquilibre. Par conséquent, toute liaison à deux broches en équilibre ne peut être soumise qu’à des forces agissant directement le long de la ligne entre ses deux connexions.
Mécanique des pinces à genouillère
Le mécanisme d’une pince à genouillère est assez simple. La structure est constituée de plusieurs maillons à deux broches (généralement trois, formant un ensemble de quatre barres avec la base). En position serrée, les maillons sont alignés, de sorte que la force de serrage est dirigée directement le long des maillons, et vers un point fixe qui ne bougera pas. La pince est verrouillée, à toutes fins utiles, à moins que le point fixe, ou une autre partie de la structure, ne se brise réellement.
L’autre partie de l’astuce est que la poignée qui sert à serrer et à desserrer le collier de serrage à genouillère est disposée de telle sorte que le mouvement de serrage/desserrage est directement perpendiculaire à la force de serrage. Comme toute la force de serrage est dirigée le long des maillons alignés, presque aucune force n’est nécessaire pour verrouiller ou déverrouiller le collier dans la direction perpendiculaire. Inversement, comme la direction dans laquelle il faut appliquer une force pour débloquer le collier est perpendiculaire à la force de serrage, aucune force de serrage ne pourra débloquer le collier.
Deux exemples
Pour illustrer le principe, examinons deux arrangements courants.
Dispositif de liaison 1 : Mécanisme à manivelle et coulisseau
Dans cet exemple, le bras de serrage est maintenu de manière à pouvoir coulisser d’avant en arrière selon un seul axe. La poignée pivote autour d’un point fixe, qui fait partie de la base. Enfin, il y a un lien qui attache le bras de serrage à la poignée.
Comme vous pouvez le voir, en position serrée, les goupilles de la poignée, la biellette et le bras de la pince sont tous alignés horizontalement. Toute la force de la pince est dirigée horizontalement le long des liens vers le point fixe. En revanche, la poignée est poussée directement vers le bas dans la position de serrage, et tirée directement vers le haut pour en sortir.
En passant, cet arrangement peut facilement être modifié pour se verrouiller à la fois en position fermée et ouverte. Pour ce faire, il suffit que les goupilles de la poignée et du maillon de liaison soient suffisamment éloignées pour permettre de tourner la poignée d’un demi-tour complet à partir de la position serrée. Les maillons seront à nouveau alignés le long d’une ligne horizontale et résisteront à toute force exercée par le bras de serrage, dans un sens ou dans l’autre. L’action de libération sera à nouveau perpendiculaire à la force de serrage. La seule différence serait que la poignée serait en tension, plutôt qu’en compression. Tous les autres maillons resteraient en compression.
Agencement de liaison 2 : Pince rotative
Dans le deuxième arrangement, le bras de la pince pivote autour d’un point de pivot, au lieu de glisser en ligne droite. Un mouvement circulaire autour d’un point fixe est toujours tangentiel à la trajectoire courbe. Une autre façon de le dire est qu’il sera toujours perpendiculaire à une ligne tracée vers le centre de rotation. En position de serrage, le lien reliant la poignée et le bras de serrage est maintenu dans l’axe de la poignée et de son point fixe, et perpendiculaire au bras de serrage. Cela le place dans l’axe de la force de serrage et, là encore, la force est dirigée par les liens vers le point fixe autour duquel la poignée tourne.
Surclassement
Dans un monde idéal, l’histoire s’arrête là. Cependant, le type d’arrangements dont j’ai parlé est sujet à des problèmes dans le monde réel, provenant de questions comme les vibrations ou les tolérances de fabrication qui peuvent permettre un alignement moins parfait. Si l’alignement n’est pas parfait, une partie de la force de serrage servira à libérer le collier, ce qui peut entraîner une défaillance du système. Ce système est très sensible à un tel événement, car la force de serrage est généralement élevée, tandis que la force de relâchement est assez faible, par conception. Même si une petite fraction de la force de serrage est utilisée pour libérer le verrou, la libération peut se produire assez facilement. C’est pourquoi les pinces à genouillère sont souvent conçues pour être légèrement » sur-serrées « . Cela signifie simplement que la position de verrouillage est au-delà de la position de verrouillage idéale, comme illustré ci-dessous.
Dans l’exemple (à droite), le degré de sur-serrage serait limité par la plaque de base de la pince, ce qui limiterait la quantité de mouvement de la pince par rapport à l’alignement idéal dans la position de serrage. Cela permet aux deux parties de disposer d’une certaine marge de manœuvre pour les mouvements dus aux vibrations ou à d’autres sources, avant que le verrouillage ne se désengage. Il oriente également le mouvement. La force de serrage aura tendance à pousser la tringlerie plus loin dans le sur-serrage et dans la butée dure, ce qui rendra encore plus difficile le desserrage du verrou par les vibrations. Parce que le sur-serrage est limité, et que la configuration finale est presque idéale, presque toute la force de serrage sera toujours dirigée comme avant, le long des liens et dans le point fixe.
J’espère que cet article vous a servi d’introduction ou de rafraîchissement utile et intéressant dans le monde des pinces à genouillère. Quel est votre mécanisme préféré qui utilise une sorte de » truc » géométrique ?
