L'ABC des charnières à couple

Le fonctionnement des charnières : Un guide simple

Chez Sugatsune America, nous proposons une large sélection de charnières à friction réglables et non réglables, également appelées charnières à couple. Voici ce qu'il faut savoir sur la technologie de ces charnières, sur leur fonctionnement dans différentes applications et sur la manière de choisir les charnières adaptées à votre projet.

Vous trouverez d'autres guides et d'autres articles utiles ici même sur le Blog Sugatsune Hardware, où nous examinons le matériel qui alimente les projets à travers l'Amérique.

Qu'est-ce qu'une charnière à couple ?

Une charnière à couple, également connue sous le nom de charnière à friction ou de charnière de contrôle de position, est une charnière conçue pour offrir une résistance au mouvement de pivotement de la charnière elle-même. Pour ce faire, un mécanisme situé à l'intérieur de la charnière génère un frottement qui offre une résistance, empêchant ainsi un composant de se déplacer de manière indésirable. Ces charnières sont donc idéales pour maintenir les couvercles, les portes, les panneaux ou les dispositifs d'affichage dans la position souhaitée pour des raisons de sécurité et de commodité.

Chez Sugatsune, beaucoup de ces charnières sont disponibles en version à couple réglable. Les charnières à friction réglable vous permettent de contrôler la force nécessaire pour surmonter le contrôle de position.

Pour comprendre comment les charnières fonctionnent de cette manière, un exemple courant est celui des charnières utilisées sur la plupart des ordinateurs portables. L'écran reste fermé jusqu'à ce que l'utilisateur l'ouvre et reste dans la position dans laquelle l'utilisateur l'a laissé.

Les charnières à couple sont également conçues pour fonctionner en douceur sur toute leur plage d'ouverture, de sorte que l'utilisateur n'a pas besoin de secouer ou de tirer sur un volet pour l'ouvrir - une caractéristique essentielle du fonctionnement en douceur des charnières. Elles empêchent également le retour élastique, ce qui rend difficile la fermeture d'un objet en claquant, réduisant ainsi le risque d'endommager l'équipement ou, pire, de blesser l'utilisateur.

3 avantages de l'utilisation des charnières à couple

Efficacité Une porte ou un panneau sur charnières à couple s'arrête à l'angle que vous souhaitez, sans utiliser de butée.

Design épuré Les supports de couvercle pour la porte ou le panneau ne sont pas nécessaires, car les charnières elles-mêmes supportent la charge, ce qui permet de libérer un maximum d'espace à l'intérieur de l'application.

Sécurité Les charnières à couple empêchent tout mouvement indésirable, offrant ainsi une sécurité supplémentaire aux utilisateurs.

Comment une charnière à couple tient-elle dans n'importe quelle position ?

Qu'est-ce qui maintient les charnières de couple en place ? C'est la partie "magique" du fonctionnement des charnières.

La structure de l'arbre de la charnière de couple utilise la friction. Lorsque la porte, le panneau ou l'abattant est ouvert ou fermé, le mouvement - la force de rotation de l'objet - génère un frottement qui active le mécanisme d'arrêt libre. Avec les charnières à friction réglables, cette force de rotation peut être ajustée à vos besoins dans une plage prédéterminée.

Il existe trois types de mécanismes de base qui peuvent être utilisés pour créer la friction dans la charnière : un type de boucle, un type de disque et un type de tuyau. Un type plus complexe (non référencé) est le type "Omega clip".

Comment les frottements sont-ils générés ?

Structure du disque Les disques mobiles qui prennent en sandwich un disque fixe sont déplacés.

Structure de l'enroulement Un arbre situé à l'intérieur d'une feuille de ressort enroulée est mis en rotation.

Structure des tuyaux Un arbre monté à la presse dans un tuyau en plastique est mis en rotation.

Le résultat : Un frottement fiable et constant

Dans tous les cas, le résultat est le même, et c'est l'essence même du fonctionnement des charnières : La friction à l'intérieur de la charnière de couple maintient le couvercle dans n'importe quelle position et, lorsque la force de friction est surmontée par l'utilisateur qui pousse ou tire sur la porte ou le panneau, le mouvement est souple et prévisible.

Pour les charnières à friction réglables de Sugatsune, le réglage du couple est généralement aussi simple que de tourner une simple vis à l'aide d'une clé hexagonale.

Matériaux spéciaux

En outre, certaines charnières de couple utilisent exclusivement des matériaux solides, tandis que d'autres utilisent un mélange de matériaux solides et de fluides - souvent de l'huile à haute viscosité.

L'utilisation de fluides offre une excellente friction pour une usure minimale, ce qui est une autre considération importante dans la façon dont les charnières fonctionnent avec le couple. Chez Sugatsune, la durabilité est l'une de nos priorités en matière d'ingénierie.

Applications

Les charnières Torque conviennent pour les portes, les couvercles ou les panneaux d'accès sur les machines, les écrans d'affichage, les éclairages, les armoires, les vitrines, les comptoirs escamotables et bien plus encore.

La variété des conceptions augmente les cas d'utilisation

Les charnières à couple sont disponibles dans une grande variété d'intensités de couple, de spécifications, de positions de montage et de caractéristiques. Cette grande variété leur permet de s'adapter à tous les types d'applications. Les charnières à friction entièrement réglables offrent d'autres possibilités d'utilisation ainsi qu'une grande commodité.

Lorsque vous réfléchissez à la manière dont les charnières contribuent à améliorer l'ergonomie et la sécurité d'un lieu de travail, imaginez simplement les nombreux scénarios dans lesquels une charnière ordinaire, c'est-à-dire "stupide", peut causer des problèmes : portes qui claquent, panneaux qui tombent ou qui se balancent librement, etc.

Sélection des charnières à couple adéquat 

Pour choisir la meilleure charnière pour votre application, vous devez prendre en compte les éléments suivants :

• La fonction que la charnière doit remplir.
• Le poids et les dimensions de l'objet que la charnière doit faciliter.
• Comment vous voulez monter la charnière.
• Que vous ayez besoin de charnières à friction réglables ou que vous puissiez vous contenter de charnières non réglables.

Vous devez également identifier tous les facteurs environnementaux, tels que la chaleur ou l'humidité, susceptibles d'affecter les performances des charnières. (La réponse à la question de savoir comment les charnières fonctionnent lorsqu'elles sont rouillées est : "Elles ne fonctionnent pas").

Et, bien sûr, la conception esthétique est également importante pour garantir l'aspect adéquat de votre application.

L'engagement de Sugatsune pour la qualité et l'utilité

Chez Sugatsune, toutes nos charnières sont conçues dans un style épuré et minimaliste, souvent avec différentes options de couleur, ce qui leur permet de s'intégrer dans presque tous les styles de décoration.

En ce qui concerne la résistance à la corrosion et la tolérance à la chaleur, la plupart de nos charnières sont fabriquées en acier inoxydable, ce qui est excellent dans les deux cas. De bons matériaux sont essentiels pour que les charnières fonctionnent durablement dans des environnements difficiles.

Force du couple : Assurez-vous d'en avoir assez 

Une étape cruciale dans le choix de la charnière dynamométrique adaptée à votre projet consiste à trouver une charnière qui a la force de supporter la porte, le panneau ou d'autres objets qu'elle facilitera. Dans ce cas, le "couple" est la force qui sera exercée sur le mécanisme de friction, et les spécifications de la charnière doivent correspondre au couple réel que l'objet exercera sur la charnière, ou mieux encore le dépasser. C'est ainsi que fonctionnent les charnières : Leur couple résistant doit être plus fort que le couple exercé par l'objet.

Les charnières à couple doivent indiquer leur valeur maximale de couple nominal dans leur fiche technique. Pour que ces charnières fonctionnent correctement et ne soient pas endommagées, vous devez vous assurer que l'objet monté sur les charnières n'exercera pas un couple supérieur à cette valeur.

Veillez à vérifier la capacité de couple en fonction du nombre total de charnières à utiliser. En raison du fonctionnement des charnières, l'ajout de charnières supplémentaires réduira la charge sur chaque charnière individuelle, ce qui vous permettra de monter des portes, des panneaux, etc. plus lourds.

• Lorsque vous utilisez des charnières à friction réglable, pour lesquelles vous pouvez ajuster le couple résistant de la charnière, veillez à ce que l'ajustement du couple de la charnière vers le bas (pour faciliter le mouvement) n'entraîne pas une chute du couple résistant en dessous du couple exercé par le panneau.

Charnière à couple par type

Charnières à emboîtement Il s'agit d'une conception courante pour les portes battantes.

Charnières à couple standard Cette conception simple permet différentes positions de montage pour les couvercles s'ouvrant vers le haut.

Type caché Comme les charnières standard, ces charnières ont une conception cachée qui est moins gênante, ce qui contribue à un aspect plus ordonné.

Charnières pivotantes à deux axes Ces charnières permettent souvent une plus grande amplitude de mouvement.

Au-delà de la simple friction

Des caractéristiques spéciales offrent une plus grande commodité et une valeur ajoutée. Voici comment les charnières fonctionnent en utilisant différentes caractéristiques de conception :

Charnière à couple unidirectionnel La friction est appliquée dans une seule direction, ce qui permet d'ouvrir les portes ou les couvercles plus facilement tout en maintenant le contrôle de la position ou l'arrêt libre une fois que la porte est libérée et que la friction est appliquée par la gravité dans la direction de la fermeture. 

Charnière bidirectionnelle à couple

Cette conception intelligente permet d'appliquer un couple dans une seule direction à la fois, mais cette direction est réversible en fonction de la position de la charnière.

En règle générale, le fonctionnement des charnières avec cette caractéristique bidirectionnelle est très intuitif : Le couple n'est généré que dans la direction descendante, empêchant ainsi une porte ou un panneau de se refermer sous l'effet de la gravité. Pour une charnière ayant une amplitude de mouvement de 180°, cela signifie que le sens du couple s'inverse lorsque la charnière franchit 90°.

Cette conception permet de maintenir le volet en position à tous les angles, de 0º à 180º. 

Charnière à couple réglable

Dans le cas des charnières à friction réglable, l'intensité de la friction exercée par la charnière peut être ajustée à la force souhaitée à l'aide d'une clé hexagonale ou d'un outil similaire.

Cela peut être utile pour remplacer une porte par une autre d'un poids différent, afin d'obtenir les mêmes performances. C'est également pratique si un travailleur préfère qu'une porte se déplace plus facilement ou plus rigidement, car la question du fonctionnement des charnières peut changer en fonction des personnes qui les utilisent. Les charnières à friction réglables présentent également d'autres avantages, notamment lorsqu'il s'agit de portes de formes irrégulières ou de poids inégaux sur différentes charnières.

Couple de détachement Charnière Un cran mécanique est conçu au point de fermeture pour éliminer le retour élastique et garantir que le couvercle reste complètement fermé.

Comment calculer le couple

Enfin, dans notre guide sur le fonctionnement des charnières avec le couple, nous allons examiner le concept de couple lui-même et quelques calculs utiles que vous pourriez trouver utiles pour votre projet.

Le couple est la force nécessaire pour faire tourner un objet le long d'un axe. Il peut être calculé en mesurant la distance entre le côté de la charnière et le bord opposé de la porte ou du couvercle et en multipliant cette valeur par le poids de la porte ou du couvercle. La valeur obtenue est ensuite divisée par 2.

Déterminer quelle charnière de couple vous conviendra le mieux

Ce diagramme est simplifié pour les couvercles ou les portes de forme plate, mais lorsqu'on réfléchit au fonctionnement des charnières, cette idée est très importante : le couple résistant de la charnière doit être supérieur au couple exercé sur la charnière par la porte ou le panneau.

Et n'oubliez pas : Lors de l'utilisation de charnières à friction réglables, veillez à calculer sur la base du réglage minimal des charnières ou à tenir compte des cas marginaux.

Comprendre les unités de couple (métriques) 

L'unité pour le moment du couple avec le matériel en système métrique est "kgf-cm" ou "N-m" (unité SI).

1kgf = 9,80665 N 

9,80665 est l'accélération standard de la pesanteur. 

Différence entre N-m et kgf-cm 

Il s'agit d'unités de couple différentes, mais qui véhiculent la même idée. Veillez à ne pas mélanger vos unités.

Sélection de la charnière de couple

Voici deux conseils pour choisir la charnière dynamométrique qui conviendra le mieux à votre projet : 1) Déterminez le couple maximum que la porte ou l'abattant va générer 2) Sachez quel couple maximum la (les) charnière(s) peut (peuvent) supporter.

Couple maximal généré par la porte ou le volet 

N'oubliez pas que le couple maximal pour la porte ou l'abattant doit être inférieur au couple maximal que les charnières peuvent supporter. 

Il faut également tenir compte de la tolérance au couple et des marges.

Si la tolérance du couple est de 20%, le moment minimal de la porte doit être : 1. inférieur au "couple -20%". 2. supérieur au "couple +20%".

En ce qui concerne les marges, ce n'est pas une bonne idée d'appliquer des charges de couple jusqu'à la valeur maximale de la charnière ; ce n'est pas ainsi que les charnières fonctionnent bien. Vous pouvez vous en approcher, mais nous vous recommandons d'être pragmatique quant à l'éventualité d'une poussée accidentelle et excessive de la part des utilisateurs.

Formule de calcul du couple généré par la porte 

Le couple généré par la porte peut être calculé à partir du (centre de gravité) et du (poids) de la porte. 

Exemple : Lors de l'installation de deux charnières de couple comme dans l'image ci-dessous. En réfléchissant au fonctionnement des charnières, laquelle est la plus appropriée ? (Tolérance de couple : 20 %)

● Couple de serrage de la charnière A (0,4 N-m / pc.) 

● Couple de serrage de la charnière B (1,0 N-m / pc.) 

● Couple de serrage de la charnière C (4,5 N-m / pc.)

Solution : La charnière la plus appropriée est la charnière de couple B (1,0 N-m / pc) : Charnière de couple B (1,0 N-m / pc.)

Formule de couple

Le couple généré par la porte peut être calculé comme suit : 

0,2m x 0,8 kgf x 9,80665 ÷ 1,57 N-m÷N

Le couple généré par charnière est : 

1,57 N-m ÷ 2 ÷ 0,79 N-m

Le couple de serrage doit être supérieur à 0,79 N-m par charnière. 

Si l'on considère que la tolérance de couple est de 20 %, elle doit être supérieure à 0,95 N-m. 

La réponse est la suivante : Couple de serrage de la charnière B (1,0 N-m / pc.) 

N'oubliez pas que le fonctionnement des charnières n'est pas toujours idéal. La formule ci-dessus suppose que le couvercle est "plat". Dans de nombreux cas, les couvercles sont en forme de "L" ou présentent d'autres caractéristiques qui doivent être prises en considération pour déterminer le point réel du centre de gravité. 

Outil en ligne pour simplifier votre processus de sélection 

Pour vous simplifier la tâche, nous avons créé un outil qui effectuera les calculs et vous proposera les charnières de notre gamme qui conviendront à votre application spécifique.

L'outil Sasuga-kun a été conçu pour vous aider à calculer le couple généré par votre porte, votre volet ou votre écran et vous suggérer des produits Motion Design Tec® adaptés à votre application. Il vous suffit de saisir des valeurs telles que le poids et les dimensions, de sélectionner quelques options et de trouver facilement le matériel adéquat.

Visitez Sasuga-kun en cliquant sur le lien ci-dessous et sélectionnez "Expérience industrielle" :

Choisissez les charnières Sugatsune pour votre projet

Nous espérons que cette présentation de la façon dont les charnières fonctionnent avec le contrôle de position vous a été utile. N'hésitez pas à consulter notre sélection complète de charnières de couple (charnières à friction), y compris nos charnières à friction réglables.

Nous vous invitons également à consulter nos ressources en ligney compris les catalogues de produits, les vidéos et les fichiers CAO.

Contactez nous pour toute question ou si vous avez besoin d'aide pour trouver une charnière de couple ou tout autre produit, et nous serons heureux de vous aider.