2 4 Dispositions constructives pour la liaison pivot

2. 4) Dispositions constructives pour la liaison pivot 1

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2. 4. 1) Introduction unique possibilité de mouvement relatif entre ces deux pièces : La rotation autour de l’axe de la liaison. Exemples de liaisons : Arbre à came, Vilebrequin, par rapport au carter. Pignon de boîte par rapport au carter. Roue par rapport à l’axe de roue…. 3

Vocabulaire On utilise couramment les termes d’arbre et d’alésage (ou logement ou moyeu) pour étudier la réalisation d’un guidage en rotation. On peut avoir : Un arbre tournant dans un logement fixe (arbre à came / Carter) Un logement tournant autour d’un arbre fixe (roue / axe) 4

Surfaces de contact … 5

Représentation symbolique 6

2. 4. 2) Expression fonctionnelle du besoin a) Fonction à assurer Positionner de façon stable les deux pièces entre elles Permettre le mouvement relatif de rotation autour d’un axe Réaliser une liaison pivot entre deux pièces Transmettre des actions mécaniques Résister au milieu environnant 7

2. 4. 2) Expression fonctionnelle du besoin b) Indicateur de qualité • Degré de précision du guidage • Intensité des A. M. Transmissibles • Niveau des vitesses de rotation • Fiabilité • Maintenabilité • Encombrement • Coût • Esthétique 8

2. 4. 2) Expression fonctionnelle du besoin c) Forme générale du cahier des charges fonctionnel Fonctions Caractéristique des fonctions Critères d’appréciation Niveau Flexibilité Positionner de façon stable les deux pièces entre elle Précision du guidage : déplacement admis entre deux pièces, indépendamment de la rotation suivant l’axe de la liaison -Translation résiduelle (en mm) -Rotation autour des deux autres axes de l’espace (en degré ou radian) Généralement des valeurs maximales Permettre le mouvement relatif de rotation autour d’un axe Rendement h = en % Valeur minimale Vitesse de rotation En rad/s ou en tr/min Exprimé en % Transmettre les efforts Efforts transmissibles : -statique -dynamique Fx = X (N) Mx = L (N. m) Fy = Y (N) My = M (N. m) Fz = Z (N) Mz = N (N. m) Généralement en pourcentage Durée de vie N en heures de fonctionnement Minimale Espacement des visites N max en heures de fonctionnement +- un certain pourcentage Durée de vie N en heures de fonctionnement Minimale Résister au milieu ambiant 9

2. 4. 3) Principes et moyens mis en oeuvre 10

2. 4. 3) Principes et moyens mis en oeuvre • Par contact direct (détaillé plus loin). Un contact direct est réalisé entre les deux pièces qui sont en liaison pivot, grâce à deux surfaces cylindriques (alésage et arbre). • Par interposition de bagues de frottement détaillé plus loin): coussinets. Une bague appelée coussinet réalisée dans un matériau ad hoc est encastrée avec le bâti et accueille l’arbre. Le mouvement relatif se fait donc entre l’arbre et le coussinet 11

2. 4. 3) Principe et moyens mis en oeuvre • Par interposition d’éléments roulants (non traité ici) : roulements à billes, à rouleaux, à aiguilles… Le roulement sans glissement des billes (ou rouleaux, aiguilles…) sur les bagues intérieure et extérieure permet de réduire très fortement les pertes énergétiques, par comparaison aux deux solutions précédentes. Le frottement est diminué. billes rouleaux aiguilles 12

2. 4. 3) Principe et moyens mis en oeuvre • Par interposition d’éléments roulants (non traité ici) : roulements à billes, à rouleaux, à aiguilles… 13

2. 4. 3) Principe et moyens mis en oeuvre • Par interposition d’un film d’huile (non traité ici) : paliers hydrodynamiques. Dans ce cas, il n’y a pas de contact métal/métal (si vitesse de rotation suffisante). C’est le film d’huile qui crée une portance hydrodynamique (même principe que le ski nautique ou l’aquaplaning). Cette technologie nécessite une circulation d’huile, qui est entrainée par l’arbre dans sa rotation. 14

2. 4. 4) Guidage en rotation par contact direct a) Principe Montage en porte à faux Montage en chape 15

2. 4. 4) Guidage en rotation par contact direct a) Principe Exemple : Cric hydraulique 16

2. 4. 4) Guidage en rotation par contact direct b) Précision du guidage x 0 < Tx < jeu axial 0 < Ty < jeu radial et 0 < Ry < décalage angulaire 0 < Tz < jeu radial et 0 < Rz< décalage angulaire 17

2. 4. 4) Guidage en rotation par contact direct b) Précision du guidage L D • un ajustement de type glissant (ex: H 7 g 6) est nécessaire • pour un jeu est faible, la précision angulaire du guidage est donné par le critère L/D 18

2. 4. 4) Guidage en rotation par contact direct b) Précision du guidage L D Si L/D < 0. 8, la longueur de guidage est insuffisante pour réaliser une liaison pivot. On aura alors une liaison de type linéaire annulaire (on parlera aussi de centrage court) Si L/D > 1. 5, on réalise une liaison pivot (on parlera également de centrage long) 19

2. 4. 4) Guidage en rotation par contact direct b) Précision du guidage Plus la longueur de guidage augmente, plus le coût (lié à la difficulté de fabrication) augmente Solution : on divise le guidage en deux H 7 g 6 Equivalent à deux liaisons linéaires annulaires en parallèle 20

2. 4. 4) Guidage en rotation par contact direct c) Avantages et inconvénients AVANTAGES : • Coût peu élevé INCONVENIENTS : • Résistances passives importantes (échauffement important) Faibles vitesses d’utilisation Efforts transmissibles modérés 21

2. 4. 4) Guidage en rotation par contact direct c) Critères de dimensionnement • Pression maximale admissible • Vitesse maximale admissible • Comportement thermique • Durée de vie souhaitée 22

2. 4. 5) Guidage en rotation par paliers lisses a) Principe • Interposition de bagues de frottement (coussinets ou bagues): -Réduction du coefficient de frottement (µ) -Augmentation de la durée de vie -Fonctionnement silencieux -Report de l’usure sur les bagues -Evacuation de la chaleur due au frottement • Performances bien supérieures à celles obtenues avec un contact direct vitesses de rotation et charge admissibles plus importantes 23

2. 4. 5) Guidage en rotation par paliers lisses b) Les paliers lisses (ou coussinets) les coussinets massifs Coefficient de frottement : Acier /Acier 0. 1 (sec) et 0. 05 (lubrifié) Acier /Bronze 0. 15 (sec) et 0. 05 (lubrifié) 24

2. 4. 5) Guidage en rotation par paliers lisses b) Les paliers lisses (ou coussinets) les coussinets autolubrifiants • Coussinets obtenus à partir d’un métal fritté et pourvus d’un système de lubrification intrinsèque • Vitesse tangentielle et T°C maximales 8 m/s et 200°C Principe de lubrification 25

2. 4. 5) Guidage en rotation par paliers lisses b) Les paliers lisses (ou coussinets) les coussinets autolubrifiants • Coussinets obtenus à partir d’un métal fritté et pourvus d’un système de lubrification intrinsèque • Vitesse tangentielle et T°C maximales 8 m/s et 200°C 26

2. 4. 5) Guidage en rotation par paliers lisses Les bagues en tôle roulée composite type glacier • Vitesse tangentielle max. 3 m/s Coefficient de frottement : Acier /PTFE 0. 01 à 0. 05 27

2. 4. 5) Guidage en rotation par paliers lisses Exemples 28

2. 4. 5) Guidage en rotation par paliers lisses Exemples 29

2. 4. 5) Guidage en rotation par paliers lisses Exemples 30

2. 4. 5) Guidage en rotation par paliers lisses c) Comparatif entre les différentes familles 31

2. 4. 5) Guidage en rotation par paliers lisses d) Montage des coussinets : en X 32

2. 4. 5) Guidage en rotation par paliers lisses d) Montage des coussinets : en O 33

2. 4. 5) Guidage en rotation par paliers lisses d) Montage des coussinets : ajustements Afin de limiter la vitesse au contact, un coussinet est monté serré dans l’alésage (et donc glissant sur l’arbre) De cette façon, la vitesse de glissement est la plus faible possible. 34

2. 4. 5) Guidage en rotation par paliers lisses d) Montage des coussinets : ajustements Après montage 35

2. 4. 5) Guidage en rotation par paliers lisses d) Montage des coussinets : autres contraintes - Etat de surface (rugosité Ra). - Dureté. - Tolérances géométriques : * cylindricité ; * coaxialité ; * perpendicularité éventuelle, si collerette. 36

2. 4. 6) Dimensionnement – critères de choix d’un coussinet a) Pression diamétrale admissible calculée CRITERE: donnée constructeur 37

2. 4. 6) Dimensionnement – critères de choix d’un coussinet b) Vitesse de glissement admissible calculée CRITERE: donnée constructeur 38

2. 4. 6) Dimensionnement – critères de choix d’un coussinet c) Produit (p. V) limite, flux de puissance calorifique dissipée calculée donnée constructeur CRITERE: Zone d’utilisation d’un palier lisse : 39

2. 4. 6) Dimensionnement – critères de choix d’un coussinet d) Comparatif pour les différents types de paliers 40

2. 4. 6) Dimensionnement – critères de choix d’un coussinet e) Méthode calcul • La température de fonctionnement est un premier critère éventuel ; • Le diamètre minimal D de l’arbre, imposé par la résistance des matériaux permet avec la fréquence de rotation, le calcul de la vitesse de glissement ; • L’effort radial divisé par la surface projetée donne la pression de service ; • Le produit (P. V) définit le dernier critère d’aptitude à l’emploi. 41

2. 4. 7) Guidage en rotation par éléments roulants : les roulements 42

2. 4. 7) Guidage en rotation par éléments roulants : les roulements 43

2. 4. 7) Guidage en rotation par éléments roulants : les roulements 44

2. 4. 7) Guidage en rotation par éléments roulants : les roulements 45