Liaisons pivot

LIAISON PIVOT - GUIDAGE EN ROTATION - Liaison Pivot - Guidage en rotation 1 - FONCTION PRINCIPALE D'UNE LIAISON PIVOT
La liaison pivot ne laisse subsister entre l'arbre et son palier qu'une
liberté de rotation autour d'un axe géométrique: l'axe de rotation. Si de
plus l'arbre peut glisser dans son palier suivant cet axe, la liaison est
alors une liaison pivot glissant. 2 - SURFACES GEOMETRIQUES ASSOCIEES La matérialisation de l'axe de rotation ne peut se faire qu'à partir de
deux liaisons linéaires annulaires rendues surabondantes pour limiter la
pression de contact:
Pour limiter les liaisons surabondantes (hyperstatisme) il convient de
préférer les guidages courts au guidage long.
La réalisation la plus facile reste la forme cylindrique de révolution
obtenue par tournage.
L'arrêt axial éventuel provient généralement d'un épaulement latéral ou
bilatéral.
La liaison pivot peut être réalisée de plusieurs manières :
- 1 Appui plan + 1 centrage court
- 2 linéaires annulaires + 1 ponctuelle
- 1 Centrage long + 1 ponctuelle (si [pic]) 3 - FONCTIONS TECHNIQUES D'UNE LIAISON PIVOT Le Guidage en rotation par les paliers lisses
1 - LES COUSSINETS |Economiques, souvent utilisés, les |[pic] |
|coussinets sont des bagues cylindriques, de| |
|forme tubulaire, avec ou sans collerette, | |
|interposés entre un arbre et son logement | |
|pour faciliter le mouvement de rotation en | |
|limitant les pertes par frottement. | |
|Construits à partir de matériaux présentant| |
|de bonnes qualités frottantes (bronze, | |
|étain, plomb, graphite, Téflon, PTFE, | |
|polyamide), ils peuvent être utilisés à sec| |
|ou avec lubrification. | |
1.1 - les principales familles
a - Les coussinets autolubrifiants |[pic] |Ils sont fabriqués à partir de métal |[pic] |
| |fritté à base de bronze, poreux | |
| |(porosités entre 15 et 35% en volume),| |
| |avec incorporation de lubrifiant | |
| |(huile, graphite...) dans les | |
| |porosités. Dans le cas de l'huile, la | |
| |structure, comparable à une éponge, | |
| |restitue l'huile en fonctionnement et | |
| |l'absorbe à l'arrêt. | | Avantages :
- Economie : - suppression de graisseur, suppression des frais d'entretien,
prix inférieur à ceux des coussinets en métal roulé et décolleté, Tolérance
serrée.
- Supportant des charges de 0 à 1500daN/cm², des vitesses de rotation de 0
à 30000 tr/mn, des températures de -60°C à +450°C.
- Sécurité (plus de grippage, présence permanente d'un véritable « coussin
d'huile », bon coefficient de frottement, fonctionnement silencieux. b -Les coussinets composites type "glacier"
|[pic] |Ils peuvent fonctionner à sec ou avec |
| |un léger graissage au montage sous des |
| |vitesses périphériques inférieures à 3 |
| |m/s. Ils sont constitués de 3 couches |
| |différentes. La base est une tôle |
| |d'acier roulée recouverte d'une couche |
| |de bronze fritté. La surface frottante |
| |peut être en résine acétal ou en PTFE |
| |avec addition d'un lubrifiant solide: |
| |plomb, graphite, bisulfure de molybdène|
| |MoS2... |
c - Les coussinets polymères (Nylon, PTFE, acétal...) Surtout utilisés lorsqu'il est nécessaire d'avoir une grande résistance
chimique (acides, bases...). Inconvénients: le fluage sous charge et un
faible coefficient de conductivité thermique empêchant une bonne évacuation
des calories.
[pic][pic]
1-.2 - Le montage des coussinets Les coussinets se montent dans un alésage en acier tolérancée « H7 ». Le
diamètre extérieur du coussinet étant tolérancé « m6 ». Les coussinets se montent sur un arbre en acier tolérancée « f7 ». Le
diamètre intérieur du coussinet étant tolérancé « H7 » pour les coussinets
cylindriques, et « H8 » pour les coussinets à collerette.
Evaluation des pertes par frottement Considérons l'arbre 2, de rayon R. Il est soumis aux actions mécaniques
extérieures suivantes :
Cm: Couple moteur minimum entraînant la rotation de 2/1. (N/m)
F: Effort radial sur l'arbre 2.(N)
F1/2: action mécanique du palier 1 sur l'arbre 2 (N) qui se décompose en
une composante normale au contact (N) et une composante tangentielle (T).
Pendant la rotation en régime permanent (vitesse constante et glissement de
2/1) il y a équilibre des moments et des résultantes. En cas d'utilisation de coussinets à collerettes, il faut ajouter le couple
de frottement de l'arbre contre l'épaulement. On peut alors déterminer la puissance perdue par frottement: P = Cf x ? avec P: puissance exprimée en Watt,
Cf : couple de frottements (N.m)
? : vitesse angulaire (en rad/s)
Cette puissance correspond à l'énergie qu'il faut évacuer pour chaque unité
de temps sous forme de chaleur. La chaleur s'évacue:
. par le bâti : Surface d'échange importante, faible élévation de la
température.
. par l'arbre: Surface d'échange limitée, élévation de la température. Cette élévation de la température modifie:
. les jeux de fonctionnement (risque de grippage pour jeu initial
insuffisant).
. les qualités du lubrifiant.
. les caractéristiques physiques des matériaux.
Dans tous les cas le jeu initial installé au montage doit être supérieur à
la réduction due à la dilatation.
1 - 3 -Dimensionnement des coussinets (en régime non hydrodynamique)
La procédure de calcul varie sensiblement d'une famille à l'autre et d'un
fabricant à l'autre. Pour des choix précis, il faut utiliser les documents
constructeurs. Cependant ces calculs (durée de vie, longueur du
coussinet...) font régulièrement intervenir les notions de pression
diamétrale P et de produit PV. a - Pression diamétrale F : charge sur le palier en N
d : diamètre de l'alésage en mm
L : longueur du coussinet en mm
P : pression diamétrale en MPa ou N/mm²
b - Facteur PV Ce facteur est déterminant dans le dimensionnement du coussinet. Sa valeur
permet de mesurer la capacité du matériau à supporter l'énergie engendrée
par le frottement. En cas de dépassement, la température du palier augmente
et la destruction est rapide. | |
|PV = Pression diamétrale X Vitesse tangentielle | N/mm² m/s [pic] 2 - LES PALIERS LISSES HYDRODYNAMIQUES
[pic][pic]
Ils ressemblent aux précédents, avec une différence fondamentale : en
fonctionnement normal il n'y a jamais contact métal sur métal entre l'arbre
et le coussinet, sauf au démarrage. La vitesse tangentielle de l'arbre par
rapport au palier, à condition qu'elle soit suffisante, crée une portance
hydrodynamique comparable au ski nautique ou à l'aquaplaning. En permanence
un film d'huile sépare les deux surfaces respectives (régime
hydrodynamique). L'usure est alors pratiquement nulle et les frottements
fortement réduits. [pic] [pic]L'alimentation en huile doit être suffisante pour compenser les fuites
latérales. L'épaisseur la plus faible du film d'huile (h0) varie entre
0,008 mm et 0,020 mm. Les alimentations (canal d'arrivée, rainure de
graissage) sont généralement placés dans la zone où il y a dépression.
Utilisations: paliers de moteurs thermiques, turbines etc...
Le Guidage en rotation par les roulements
Afin d'éliminer le glissement par frottement, le concept du roulement est
né très tôt ; dés l'antiquité.
Les chariots Egyptiens utilisaient des sortes de roulements à rouleaux.
Au 15éme siècle, Léonard de Vinci approcha les formes des roulements
actuels. L'industrialisation du 19éme siècle démocratisa le roulement, avec
les premières productions en série (en particulier dans l'automobile et les
cycles). 1 - LE COMPOSANT ROULEMENT -
Un roulement est un organe qui assure une liaison mobile entre deux
éléments d'un mécanisme roulant l'un sur l'autre. Il permet leur rotation
relative, sous charge, avec précision et frottement minimal. Un roulement
se définit par deux caractéristiques principales : le type et les
dimensions
[pic] Les éléments roulants sont des billes ou des rouleaux de différentes
formes. La cage assure le maintien des éléments roulants à intervalles
réguliers.
1-1 - Etude du Roulement Les roulements sont conçus de telle manière que sous leur chargement
statique maximum (charge = Co charge statique de base), la déformation
permanente totale de l'élément roulant n'excè