Comment déterminer le couple de fermeture des charnières à ressort pour les portes d'équipements

Pour préciser charnières à fermeture automatique pour portes d'équipements, comparez le couple de retour minimal disponible avec le couple opposé exercé par la porte aux mêmes angles de montage. Le jeu de charnières doit permettre à la porte de démarrer à partir des positions de déverrouillage requises et d’effectuer le mouvement de fermeture prévu, tout en maintenant l’effort d’ouverture et l’impact de fermeture dans les limites fixées par le projet. Vérifiez le résultat sur la porte complète.

Une porte qui se ferme à partir d'une position entièrement ouverte peut tout de même s'arrêter avant d'atteindre le loquet lorsqu'on la relâche à proximité de celui-ci. La force de rappel du ressort peut y être moindre, tout comme un joint, une rampe de loquet ou un câble peut ajouter de la résistance. La valeur de couple la plus élevée indiquée dans un catalogue ne permet pas de déterminer si la porte se fermera à partir de cette position.

Cet article traite des charnières à ressort de rappel destinées aux portes d'équipements qui doivent se fermer vers une position définie. Si vous hésitez encore entre une charnière à ressort et un ferme-porte séparé, commencez par le Comparaison entre une charnière à ressort et un ferme-porte.

Définir le mouvement de fermeture de la porte

Précisez ce que la porte installée doit faire : revenir contre le cadre, enclencher un loquet à fermeture par pression ou comprimer un joint jusqu'à une position définie. Précisez le cadre, le joint, le loquet, la poignée et le câblage.

Avec un loquet à compression à commande manuelle, la charnière ne fait que rapprocher la porte ; c'est l'utilisateur qui tourne la poignée pour fermer complètement la porte. Précisez le rôle de la charnière dans cette séquence.

Trois éléments permettent d'établir l'exigence de mouvement :

• Gamme de lancement : les positions initiales à partir desquelles la porte doit commencer à se fermer sans qu'il soit nécessaire d'exercer une pression supplémentaire. Indiquez l'angle de déverrouillage minimal requis, et pas seulement la position d'ouverture maximale.
• État final : la position de la porte, l'enclenchement du loquet et l'état du joint sont les critères qui permettent de considérer qu'elle est fermée. Une porte qui repose contre le pêne du loquet n'est pas nécessairement verrouillée.
• État de l'installation : l'orientation de l'axe d'articulation, la position de montage de l'équipement et les conditions d'exploitation dans lesquelles ce mouvement est requis.

La course de relâchement est distincte de la course d'ouverture maximale. Les dispositifs de maintien en position ouverte, les crans d'arrêt ou les zones d'engagement à ressort peuvent empêcher le retour automatique sur une partie d'une course qui serait autrement autorisée.

Les portes à ouverture latérale et les couvercles horizontaux nécessitent des calculs différents

Dans le cas d'une porte à ouverture latérale idéale tournant autour d'un axe vertical, la gravité ne génère pas de couple de fermeture autour de cet axe. La masse de la porte continue d'influencer les charges sur les appuis, le frottement des roulements, l'affaissement et l'inertie. Le couple de fermeture requis ne s'obtient pas simplement en multipliant la masse par la moitié de la largeur de la porte.

Un couvercle à axe horizontal présente un moment gravitationnel qui dépend de l'angle et qui peut soit aider, soit s'opposer à l'action du ressort. Un axe incliné peut également entraîner des effets liés à la gravité. Présentation de Southco sur le choix du couple distingue ces orientations. Déterminez la résistance à l'installation de la porte à ouverture latérale au lieu de vous baser sur un calcul prévu pour les couvercles.

Comment lire le couple de serrage indiqué dans une fiche technique

Le couple de fermeture d'une charnière à ressort varie généralement en fonction de la position angulaire. Avant de comparer les fournisseurs, identifiez la position de référence sur chaque plan et convertissez-la en angle de la porte une fois installée. La position zéro indiquée dans un catalogue peut correspondre aux vantaux de la charnière plutôt qu'à la porte de votre équipement par rapport à son cadre.

Par exemple, le programme KIPP Charnière à fermeture par ressort de 0,7 N·m indique des valeurs de ressort de fermeture de 0,23 N·m à 0°, 0,45 N·m à 90° et 0,7 N·m à 180°, selon la convention d'angle utilisée dans son catalogue. Il s’agit de données relatives au produit de ce fabricant, et non de valeurs nominales pour les charnières HSP. Cet exemple montre pourquoi la mention “ 0,7 N·m ” est incomplète sans indication d’angle.

Vérifiez si la valeur indiquée correspond au couple théorique du ressort ou au couple mesuré au niveau de la charnière assemblée. Le frottement interne influe sur le couple disponible lors du retour. Note de Guden sur le couple des charnières à ressort explique que le frottement du ressort et de la charnière provoque une hystérésis, et que les valeurs indiquées correspondent à une position définie de la charnière.

La force nécessaire pour ouvrir une charnière peut donc différer de la force qu'elle exerce lorsqu'elle revient dans le même angle. Utilisez la force exercée dans le sens de la fermeture pour évaluer les performances de fermeture automatique. Utilisez les mesures effectuées dans le sens de l'ouverture pour évaluer la force que l'opérateur doit surmonter.

Obtenir les valeurs de couple de fermeture aux positions critiques, ou une courbe couple-angle, avec les tolérances et les conditions d'essai. Une valeur maximale sans les données de retour requises n'est pas suffisante pour la sélection.

La résistance près du niveau de clôture

La résistance à la fermeture n'est pas nécessairement constante. Une porte peut pivoter librement sur la majeure partie de sa course et rencontrer une forte augmentation de résistance lorsque le joint commence à se comprimer ou lorsque le pêne entre en contact avec sa gâche. Une boucle de câblage peut ajouter une résistance plus tôt dans la course de la porte.

Associez chaque charge de résistance à l'angle auquel elle apparaît. Procédez aux vérifications ci-dessous pour distinguer une résistance normale d'un problème d'installation avant d'augmenter le couple du ressort.

Si la résistance augmente après le serrage des paliers de charnière, examinez la configuration de montage. Ce constat justifie une vérification de l'alignement, mais ne constitue pas la preuve d'une cause unique. Le Guide d'alignement des axes de charnières industrielles traite ce diagnostic en détail.

Pour effectuer une vérification préliminaire des forces appliquées, une force tangentielle mesurée peut être convertie en un moment équivalent :

M = F × r, où F représente la force tangentielle en newtons et r la distance, en mètres, entre l'axe de la charnière et le point d'application de la force. Le résultat s'exprime en N·m. Pour une force qui n'est pas tangentielle, il faut utiliser la distance perpendiculaire entre l'axe de la charnière et la ligne d'action de la force, à la place de la distance au point d'application de la force.

Notez l'angle, la direction, le point de traction et les composants actifs pendant la mesure. Le ressort étant toujours sous tension, un indicateur mesure la réponse nette de l'ensemble ; il ne s'agit pas d'une mesure indépendante de la résistance du joint ou du loquet. Un essai contrôlé des composants ou un ensemble correctement soutenu, avec le mécanisme de rappel isolé, peut s’avérer nécessaire pour distinguer ces contributions. Suivez les instructions du fabricant de la charnière lors de l’isolation de l’énergie accumulée dans le ressort.

Il convient également de distinguer la force nécessaire pour remettre en mouvement une porte à l'arrêt de celle requise pour la maintenir en mouvement. Un balayage lent peut ne pas détecter la résistance qui empêche une porte relâchée de se mettre en mouvement. Les consignes détaillées concernant les montages et les instruments figurent dans Comment mesurer le couple d'une charnière.

Évitez de comptabiliser deux fois les pertes. Si la valeur de retour fournie par le fournisseur inclut déjà le frottement interne de la charnière, excluez ce même frottement du total de la charge opposée. Déterminez ce que comprend la lecture d'un indicateur installé avant de la combiner avec les données des composants.

Définir une plage de couple de fermeture et une limite de force d'ouverture

Le couple de retour minimal résulte de l'opération de fermeture. L'effort d'ouverture, le comportement à la fermeture et les charges exercées sur les composants limitent le couple que l'ensemble peut fournir. Un ressort plus puissant peut pallier un manque de force à la fermeture, mais rendra la porte plus difficile à ouvrir.

Pour un contrôle préliminaire à faible vitesse d'une porte se déplaçant librement, utilisez une direction positive constante vers la position fermée :

Couple de retour disponible + couple d'assistance > couple opposé

Appliquez cette relation à toute la course requise, en tenant compte de la puissance minimale disponible et de la charge opposée maximale plausible dans les conditions spécifiées. À chaque position de déclenchement requise, tenez compte de la résistance au démarrage à l'arrêt. L'égalité ne laisse aucune marge de variation.

Il s'agit d'une analyse préliminaire et non d'un modèle dynamique complet. L'accélération, l'amortissement en fonction de la vitesse, le contact par enclenchement et les chocs peuvent modifier le résultat. Si la porte ne se ferme qu'après avoir été poussée ou après un long mouvement d'ouverture, son élan peut la faire dépasser un obstacle que le ressort ne peut pas surmonter à partir de l'arrêt.

Déterminez la marge en fonction des variations de production, de la résistance à l'assemblage, de la température, de l'usure et de l'incertitude de mesure. Comblez les données manquantes à l'aide des informations fournies par les fournisseurs ou d'essais contrôlés ; un pourcentage universel ne permet pas de déterminer la marge dont votre assemblage a besoin.

Vérifiez la limite de force d'ouverture à l'aide de couple d'ouverture, et non la valeur de retour nette utilisée pour la fermeture. À une position donnée de la poignée avec une traction tangentielle, F = M / r. Ici, M correspond au couple de résistance à l'ouverture pris en compte dans le calcul, et r à la distance entre la poignée et l'axe de la charnière. Le relâchement du joint, l'actionnement du loquet et les charges exercées sur le câble doivent faire l'objet d'une marge de sécurité distincte, à moins qu'ils ne soient déjà inclus dans M.

Mesurez la porte dans son intégralité au point de fonctionnement réel. Le fait de rapprocher la poignée de l'axe de la charnière augmente la force nécessaire pour compenser un même couple de résistance. Une mesure effectuée au niveau du bord extérieur n'est pas comparable à celle prise au niveau d'une poignée encastrée.

De même, un ressort de rappel ne garantit pas en soi une vitesse de fermeture contrôlée. Si un modèle se ferme de manière fiable mais heurte le cadre avec trop de force, il convient d’évaluer le système d’amortissement et les exigences en matière de fermeture. Augmenter ou réduire le couple du ressort ne suffira peut-être pas à satisfaire ces deux critères.

Deux charnières avec un couple suffisant sur le papier

Sur une porte rigide équipée de charnières coaxiales compatibles, les forces de fermeture exercées par les ressorts actifs s'additionnent. Une charnière d'appoint à oscillation libre apporte un soutien et un frottement, mais ne procure pas de retour par ressort. Comptez les charnières qui fournissent effectivement un couple de fermeture et utilisez leurs valeurs pour le même angle d'installation.

La porte s'arrête juste avant que le loquet ne s'enclenche

Prenons l'exemple d'une porte d'équipement à axe vertical qui doit se fermer à partir d'une position de repos située à 8° de la position fermée. Elle est équipée de deux charnières à ressort, dont la force nominale est de 1,0 N·m chacune en position d'ouverture maximale. Pour cet exemple, supposons que le couple de retour net minimal à la position d'installation de 8° soit de 0,38 N·m par charnière. Supposons également que la résistance externe à cet endroit soit équivalente à une force tangentielle de 3 N à 0,30 m, hors frottement déjà pris en compte dans le couple de sortie de la charnière.

• Couple de retour disponible : 2 × 0,38 = 0,76 N·m.
• Couple de résistance : 3 × 0,30 = 0,90 N·m.
• Déficit : 0,90 − 0,76 = 0,14 N·m à 8°.

La paire d'origine échoue à ce contrôle préliminaire malgré sa valeur maximale combinée annoncée de 2,0 N·m. Vérifiez tout d'abord si la charge opposée supposée correspond au fonctionnement requis du joint ou du loquet, ou s'il s'agit d'une interférence corrigible. Si la résistance de conception reste de 0,90 N·m, 0,45 N·m par charnière suffirait à l'équilibrer ; la force de sortie minimale spécifiée doit dépasser ce niveau avec une réserve appropriée.

Demandez au candidat de fournir les résultats de sortie à la position installée de 8° et aux autres angles critiques. Testez ensuite l’ensemble révisé à partir de la position de repos à 8°, sur toute la plage de déverrouillage requise, et à la position définie de la poignée. Ne l'acceptez que s'il atteint l'état final spécifié et respecte les limites de force d'ouverture et de comportement à la fermeture. Le calcul identifie un écart ; il ne garantit pas qu'une pièce de rechange non testée sera conforme.

L'ajout d'une charnière à ressort supplémentaire n'a pas pour seul effet de modifier le couple total. Il modifie également l'effort d'ouverture et ajoute un point de fixation supplémentaire qui doit s'aligner sur l'axe commun. La capacité de charge structurelle et la puissance du ressort doivent faire l'objet de vérifications distinctes ; il ne faut pas diviser le poids d'une porte par le nombre de charnières et considérer le résultat comme une spécification du couple de fermeture.

Lorsque la précontrainte est réglable, les réglages autorisés par le fabricant et les limites de course s'appliquent. Ne partez pas du principe qu'une charnière à ressort fixe est réglable sur site, ni que l'augmentation de la précontrainte ne modifie pas l'angle d'ouverture maximal utilisable.

Pièces justificatives à joindre à l'échantillon

Identifiez la référence et la révision de l'échantillon, le sens du ressort, l'orientation de montage, les charnières associées et le réglage de la précontrainte. Le simple fait de reproduire ses dimensions ne suffit pas à reproduire son comportement de retour.

Les données justificatives doivent répondre à quatre questions spécifiques au produit :

• Quels sont les formats de sortie disponibles ? Couple de serrage aux angles convenus, avec les valeurs minimales, maximales ou les tolérances spécifiées.
• Comment l'a-t-on obtenu ? Référence angulaire, sens de mesure, méthode dynamique ou statique, température, et indication précisant si la valeur de sortie communiquée tient compte du frottement interne de la charnière.
• Que se passe-t-il après utilisation ? Effectuez à nouveau les mesures après le cycle ou le conditionnement convenu, en utilisant la même méthode et les mêmes repères angulaires que lors du contrôle initial.
• Quelle configuration a été testée ? La charnière ou le jeu de charnières proprement dit, le réglage du ressort, le dispositif de fixation et toute charge d'appui appliquée pendant la mesure.

Un comptage cyclique ne suffit pas à lui seul à déterminer la quantité de produit de fermeture restante. Comparez les mesures de rendement initiales et celles effectuées après le cycle, lorsque le processus est presque terminé, en utilisant la même méthode, puis répétez les contrôles de libération fonctionnelle.

Précisez les températures et les conditions d'exposition susceptibles d'influencer la force de ressort ou la résistance de l'ensemble, telles que les joints froids, les changements de lubrifiant, la contamination ou la corrosion. Si aucune courbe couple-angle complète n'est disponible, convenez de mesures à effectuer aux positions critiques de la porte.

Essais de déverrouillage sur la porte de l'équipement complet

Les données d'essais au banc permettent d'identifier un produit candidat. Les essais sur site permettent de déterminer son comportement avec la porte, le cadre, les joints, le loquet, le câblage et le système d'amortissement réels.

1. Définir les conditions d'assemblage final. Utilisez le matériel de fixation et les conditions de serrage spécifiés, la masse de la porte et les fixations prévues pour la production, ainsi que la configuration de ressort prévue. Vérifiez qu'il n'y a pas de contact indésirable avant de procéder aux essais.
2. Libération des postes requis. Prévoir la position d'ouverture minimale, les positions proches du joint ou du contact de verrouillage, une position intermédiaire représentative et la position de déverrouillage maximale requise. Laisser la porte se stabiliser avant de la déverrouiller afin que l'essai ne tienne pas compte d'une poussée accidentelle.
3. Observez la procédure de fermeture. Notez toute hésitation, tout blocage, tout rebond ou tout choc brusque, en précisant l'angle sous lequel cela se produit. Vérifiez l'état final réel plutôt que de vous fier uniquement au bruit.
4. Mesurer la force d'ouverture au point de préhension défini. Évaluer les limites applicables aux forces de démarrage et de déplacement, en précisant séparément, si nécessaire, le fonctionnement du loquet.
5. Répétez l'opération dans les conditions indiquées. Utilisez le nombre convenu d'échantillons et de répétitions, respectez les procédures opérationnelles, les conditions environnementales et effectuez les contrôles post-cycle. Consignez les modifications de configuration et refaites le test pour l'exigence concernée.

Un blocage, un rebond ou un choc violent nécessite un réglage spécifique à l'angle concerné. En cas de blocage, vérifiez le contact et la charge opposée à cet endroit avant de modifier le réglage du ressort. En cas de choc violent, vérifiez le système d'amortissement ainsi que le couple. Le fait de passer de la position entièrement ouverte ne garantit pas une fermeture à petit angle, et le fait que la porte touche le cadre ne garantit pas qu'elle reste verrouillée.

Un essai de fermeture automatique ne certifie ni un dispositif de verrouillage de sécurité ni l'indice de protection d'un boîtier étanche. Lorsque l'un ou l'autre est requis, ses propres critères d'acceptation au niveau du système restent applicables. Les considérations spécifiques aux protecteurs sont abordées dans charnières pour protecteurs de machines et portes d'accès de sécurité.

Indiquez les conditions de clôture sur le plan

Reliez la sortie de la charnière au mouvement indiqué sur le dessin, puis définissez le comportement attendu dans la spécification de l'assemblage. Un autre ingénieur devrait être capable de comprendre ces deux éléments sans avoir assisté à la démonstration initiale.

Si le couple est encore en cours de détermination, précisez l'exigence fonctionnelle et demandez une plage de sortie mesurable. Considérez cette proposition comme préliminaire jusqu'à ce que l'échantillon réponde aux conditions spécifiées pour la porte.

Consultez le options de charnières à ressort et à fermeture automatique par rapport à ces exigences. Pour vérifier le couple, Envoyez-nous le plan de votre porte ainsi que vos exigences en matière de fermeture., notamment l'orientation de l'axe de charnière, la plage de déverrouillage, le type de loquet ou de joint, les éventuelles mesures de résistance, ainsi que la force d'ouverture maximale au niveau de la poignée. Renseignez-vous sur les configurations possibles et les données de couple de retour disponibles avant de commander un échantillon.

Questions sur le couple des charnières à fermeture automatique

Que faire si le fournisseur indique le poids de la porte mais pas le couple ?

Demandez quelles sont les caractéristiques géométriques de la porte, la disposition des charnières, l'angle de déverrouillage et les conditions de fonctionnement qui ont conduit à cette recommandation. Un tableau de sélection basé sur le poids peut aider à présélectionner des produits, mais il ne précise pas le couple de retour disponible par rapport à votre joint ou à votre loquet.

La charnière doit-elle enclencher automatiquement le loquet ?

Uniquement si cela fait partie de la fonction spécifiée et si le loquet prend en charge l'enclenchement automatique. Certaines portes d'équipements reviennent en position de repos et nécessitent ensuite un verrouillage ou une compression manuelle. Décrivez la séquence prévue avant de choisir le ressort.