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5/14/2018 Construction Liaison Pivot - slidepdf.com
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Transport d'un taureau ailé au moyen de rouleaux (- 680 av. J.-C.).
INTRODUCTION : •Historique : Dès l'Antiquité, l'homme eut à affronter les forces de lanature. Et il s'aperçut bien vite que, pour déplacer de lourdes charges, saforce, ou même celle des animaux qu'il avait domestiqués, était
insuffisante. Il contourna la difficulté principale - le frottement desmatériaux - en substituant le roulement au frottement de glissement.•Deux types de guidage :
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CONSTRUCTION D’UNE LIAISON PIVOT
Construction d’une liaison pivot
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Construction d’une liaison pivot
Introduction :
Le mouvement relatif de rotation entredeux parties mécaniques se révèlenécessaire dans de nombreux produits etapplications industrielles : moteurs,réducteurs, broches de machine outils,boites de vitesses, roues de véhicules,industrie papetière…
On utilise couramment les termes d’arbre et de logement ou alésage pourdésigner les deux parties en mouvement relatif de rotation.
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Construction d’une liaison pivot
Introduction :
Représentation d’uneliaison pivot d’axe X :
X
La solution constructive qui réalise une liaison pivot est appelée :
guidage en rotation.
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Construction d’une liaison pivot
1- Fonctions d’un guidage en rotation :
1-1 Description des fonctions :
Pour établir un guidage en rotation, la solution constructive doit remplir lesfonctions techniques suivantes :
•Positionner les pièces entre elles (arbre / alésage) •Permettre le mouvement relatif de rotation autour d’un axe
•Transmettre les efforts :
N’oublions pas non plus les fonctions secondaires :•Résister au milieu environnant•Etre d’un encombrement minimal (pour certaines constructions)•Assurer un fonctionnement silencieux
L’ensemble de ces fonctions doit être satisfait au moindre coût.
z y x A
x A pivot liaison A
N Z
M Y
X
,,
);_(_
0
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Construction d’une liaison pivot
1- Fonctions d’un guidage en rotation :
1-2 Critères d’évaluation d’un guidage en rotation :
Fonctions Caractérisation des fonctions
Critèresd’appréciation
Niveau Flexibi
lité
Positionner les deuxpièces entre elles
Précision deguidage
Tx, Ty, Tz en mmRy, Rz en degrés
maximum
Permettre le mouvementde rotation autour d’un axe
Rendement mini = en % minimum
Vitesse derotation
En rd/s ou trs/min tolérance
Transmettre et supporter
les efforts
Efforts statiquesEfforts dynamiques
tolérance
Durée de vie Nombre de cycles ou heuresde fonctionnement
minimum
Résister au milieuenvironnant
Espacemententre les visites
Nombre de cycles ou heuresde fonctionnement
minimum
Durée de vie Nombre d’heures minimum
z y x A
x A pivot liaison A
N Z
M Y
X
,,
);_(_
0
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
La figure suivante présente les types de solution permettant d’établir un
guidage en rotation entre deux pièces.
Contact direct dessurfaces frottantes
Interposition de baguesde frottementInterposition d’éléments
roulantsInterposition d’un
film d’huile
Guidage enrotation par
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-1 Construction par contact direct entre surfaces :
Solution en porte à faux Solution en chape
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-1 Construction par contact direct entre surfaces :
Solution en porte à faux Solution en chape
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-1 Construction par contact direct entre surfaces :
Solution en porte à faux Solution en chape
L’arbre a une seule
cotation : js6
20M7js6 20F7js620H7f6
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-1 Construction par contact direct entre surfaces :
Avantages Inconvénients
Solution simpleRésistance passive élevée
Coût peu élevé
Rendement médiocreEfforts transmissibles modérés
Vitesses d’utilisation faibles Échauffement important possible
La détermination des caractéristiques (Longueur de guidage, diamètrenominal, ajustements) s’appuie sur :
·Précision de guidage souhaitée (jeu angulaire : tan = jeu radial / L )
· Efforts transmissibles (pression de contact)· Durée de vie souhaitée· Comportement thermique
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-2 Construction par interposition de bagues de frottement :
Une performance supérieure est atteinte en interposant des bagues oucoussinets en matériaux choisis pour leur propriété antifriction (bronze,étain, plomb, graphite, téflon (PTFE), polyamide, nylon…)
Usinés à sec ou lubrifiés, ils permettent aussi un report d’usure.
Coussinet Coussinet aveccollerette
(supporte lesefforts axiaux)
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-2 Construction par interposition de bagues de frottement :
Avantages Inconvénients
· Simple, léger, silencieux, robuste
· Encombrement radial réduit
Peut fonctionner sans lubrification
Convient pour les mouvementsoscillants· Résiste aux milieux chimiquesagressifs· Coût réduit
· Jeu radial important 1/100ème mm
· Sensible aux défauts d’alignement
Capacité de charge inversementproportionnelle à la vitesse
· Rodage parfois nécessaire
· Usure
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-2 Construction par interposition de bagues de frottement :
On peut distinguer essentiellement 3 classes de coussinets :
• Les coussinets autolubrifiants
• Les coussinets composites type glacier (glycodur)
• Les coussinets polymères
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-2 Construction par interposition de bagues de frottement :
Bronzeporeux
2-2-a – Les coussinets autolubrifiants :
Ils sont fabriqués en métal frittéà base de bronze poreux
(porosités entre 15 et 35% envolume), avec incorporation delubrifiant (huile, graphite…) dansles porosités.
Dans le cas d’huile, la structure estcomparable à une éponge, quirestitue l’huile en fonctionnement etl’absorbe à l’arrêt.
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2- Solutions constructives :
2-2 Construction par interposition de bagues de frottement :
2-2-b – Les coussinets composites (glycodur) :
Acier roulé
Bronze fritté
PTFE +lubrifiant solide
Ils sont constitués de troiscouches différentes.La base est une tôle en acierroulée, recouverte d’une couchede bronze fritté. La surfacefrottante peut être en résineacétal ou en PTFE avec additiond’un lubrifiant solide ; plomb,graphite, bisulfure de molybdèneMoS2.
Ils peuvent fonctionner à sec ou avec unléger graissage au montage sous desvitesses périphériques faibles.
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-2 Construction par interposition de bagues de frottement :
2-2-c – Les coussinets polymères :
Ils peuvent être fabriqués à partirde différents matériaux : nylon,PTFE, acétal… Ils sont utiliséslorsqu’il est nécessaire d’avoir une bonne résistance chimique(acides, bases).
Le fluage sous charge de ces matériaux
rendent ces coussinets peu résistants.De plus un faible coefficient deconductibilité thermique empêche unebonne évacuation des calories, ce quiles limite en vitesse périphérique.
Nylon,acétal
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-2 Construction par interposition de bagues de frottement :
2-2-d – Calcul des coussinets :
F : charge sur le palier (N)d : diamètre de l’arbre (mm) L : longueur du coussinet (mm)P : pression diamétrale (MPa ou N/mm2)
1. Pression diamétrale :
Elle se calcule de la manièresuivante :
avec :
Ld
F P
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-2 Construction par interposition de bagues de frottement :
2-2-d – Calcul des coussinets :
V : vitesse circonférentielle (m/s)r : rayon de l’arbre (m) : vitesse de rotation (rad/s)
2. Vitesse circonférentielle :
Elle se calcule de la manièresuivante :
V = r .
avec :
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-2 Construction par interposition de bagues de frottement :
2-2-d – Calcul des coussinets :
3. Produit PV :
Ce produit est déterminant : il permet de mesurer la capacité dumatériau à supporter l’énergie engendrée par le frottement. En cas dedépassement, la température du palier augmente et la destruction estrapide.
Produit PV (MPa.m/s) ou (W/mm2)
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-2 Construction par interposition de bagues de frottement :
2-2-e – Caractéristiques des coussinets :
Coussinetautolubrifiant
Coussinetcomposite
Coussinetpolymère
P admissible(MPa) 7 à 8 14 à 20 7 à 10
V admissible (m/s) 20 à 30 2 à 3 2 à 3
PV admissible
(W/mm2)1.8 à 2 0.5 à 1.5 0.1 à 0.3
T admissible (°C) >250 -100 à +150 -60 à +120
Remarque : Ces valeurs ne sont que des ordres de grandeur par famille de
coussinet. Pour une étude plus approfondie, se référer aux données constructeur.
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-2 Construction par interposition de bagues de frottement :
2-2-f – Montage des coussinets :
Les coussinets sont fabriqués detelle sorte qu’en respectant lesindications (f7 pour l’arbre et H7pour l’alésage), ils seront serrésdans l’alésage et glissants dansl’arbre.
Des spécifications particulières
seront exigées concernant lesétats de surface des portées descoussinets.
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-2 Construction par interposition de bagues de frottement :
2-2-f – Montage des coussinets :
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-2 Construction par interposition de bagues de frottement :
2-2-f – Montage des coussinets :
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-2 Construction par interposition de bagues de frottement :
2-2-f – Montage des coussinets :
20f724H7
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-2 Construction par interposition de bagues de frottement :
2-2-f – Montage des coussinets :
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-2 Construction par interposition de bagues de frottement :
2-2-f – Montage des coussinets :
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-2 Construction par interposition de bagues de frottement :
2-2-f – Montage des coussinets :
36f740H7
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
(billes, rouleaux, aiguilles)2-3-a – Historique :
Le principe de cette famille de solutions consisteà substituer à l’effet du glissement un effet deroulement, afin de réduire la résistance au
mouvement.La résistance au roulementest plus faible que larésistance au glissement, ilest donc intéressant de
remplacer les contacts avecfrottement par des roulements.La puissance absorbée dansla liaison étant inférieure, lerendement du mécanismes’en trouve amélioré.
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-a – Historique :
C’est en 3500 av J.C que la roueest apparue en mésopotamie.
Les Assyriens ont eu l’idée de remplacerle glissement avec frottement par leroulement pour déplacer de lourdescharges, en interposant des élémentscylindriques entre le sol et les
éléments à transporter.
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-a – Historique :
C’est à Léonard de Vinci que l’on attribue l’invention au 15ème siècledes roulements à billes.
C’est au 18ème siècle qu’apparaissent les véritables prototypes de nosroulements actuels.
Les premiers roulements
à billes apparaissent vers1870, pour se développerau 19ème siècle avecl’invention de la bicyclette,puis au 20ème siècle avecl’industrie automobile.
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-a – Historique :
Le couple de résistance ouroulement peut être évalué grâce
à la relation approximativesuivante :
mr RF f Cf f : frottement interne du roulementFr : charge radiale exercéeCf : couple résistant
Rm : rayon moyen du roulement = (d+D)/2
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-a – Historique :
Voici quelques valeurs de coefficient de frottement interne aux roulements :
• f =0,0010 pour les roulements à rotule sur billes.• f=0,0011 pour les roulements à rouleaux cylindriques.• f=0,0013 pour les roulements à billes.
• f=0,0015 pour les roulements rigides à billes.• f=0,0018 pour les roulements à rouleaux cylindriques et rotule sur rouleaux.• f=0,0045 pour les roulements à aiguilles sans cage.
Remarque : il existe une grande diversité de composants à éléments roulants.Le plus courant est le roulement rigide à billes à contact radial.
mr RF f Cf
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-b – Constitution des roulements :
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-b – Constitution des roulements :Un roulement est constitué de : Type de
contact Visualisation des pressions
de contact
Une bague intérieure dans laquelle vients’insérer l’arbre
Des élémentsroulants permettantla rotation relative desdeux bagues en lespositionnant l’une parrapport à l’autre
Billes Ponctuel
Rouleaux Aiguilles
Linéaire
Une bague extérieurequi s’insère dans le logement
(ou alésage)
Une cage séparant les éléments roulants et
maintenant leur équidistance
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Construction d’une liaison pivot
2-3-b – Constitutiondes roulements :
Différents types deroulements :
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-c – Nature de la charge appliquée sur le roulement :
Quand un roulement est en service, il transmet des efforts entre l’arbre etle logement avec ou sans mouvement de rotation relatif entre ces derniers.Les actions mécaniques de contact exercées par les élémentsroulants sur les bagues du roulement sont modélisées par des forces
aussi appelées charges.
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-c – Nature de la charge appliquée sur le roulement :
• La charge radiale (Fr) : la direction passe par le centre géométrique duroulement, et est perpendiculaire à l’axe de rotation du roulement.
• La charge axiale (Fa) : la direction est celle de l’axe du roulement.
• La charge combinée ou oblique (F) : c’est la combinaison d’une chargeradiale et axiale. La direction de F passe par le centre de poussée du roulement(centre géométrique du chemin de roulement).
Il existe troistypes de charge :
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-c – Nature de la charge appliquée sur le roulement :
Présentation des charges pouvant être supportées par les roulements :
Les roulements à rouleaux cylindriques et à aiguilles ne supportentaucun effort axial
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-d – Modélisation cinématique des roulements :
Prenons l’exemple d’un roulement rigide à billes :
Si on admet que les contacts entre les éléments roulants,
d’une part, et les cages extérieure et intérieure, d’autre part,s’effectuent sans jeu, alors les axes des deux bagues restentconfondus au cours du fonctionnement.
Un seul mouvement relatif entre les deux bagues est
autorisé : Rx.
C i d’ li i i
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-d – Modélisation cinématique des roulements :
En réalité, un jeu interne au roulement permet un léger défautd’alignement (angle de déversement) entre les axes des deuxbagues.
C i d’ li i i
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-d – Modélisation cinématique des roulements :
: angle de déversement
ll existe donc une possibilité de rotulage autour du point A entreles deux bagues.
Angle de déversement : .
C t ti d’ li i i t
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-d – Modélisation cinématique des roulements :
: angle de déversement
Ce mouvement de rotulage résulte de la combinaison :
· Rx : rotation principale illimitée autour de l’axe principal (Ax)
· Ry : rotation limitée autour de l’axe (Ay) : double de l’angle dedéversement
· Rz : rotation limitée autour de l’axe (Az) : double de l’angle dedéversement
C t ti d’ li i i t
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Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-d – Modélisation cinématique des roulements :
A la liaison qu’établit un roulement rigide à une rangée de billes entre un arbreet un logement, on peut associer des modèles cinématiques différents suivant lesarrêts axiaux :
· Rotule : épaulement bilatéral sur les deux bagues
· Linéaire annulaire :une bague épaulée bilatéralement, l’autre non épaulée
· Rotule unilatérale : arrêt axial unilatéral en opposition sur chacune desbagues.
Rotule Linéaire annulaire Rotule unilatérale
Construction d’une liaison pivot
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Construction d une liaison pivot
2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-d – Modélisation cinématique des roulements :
On est amené àréaliser une liaisonpivot enassociant deuxroulements selon
les configurationsdécrites ci-contre
Construction d’une liaison pivot
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Construction d une liaison pivot
2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-d – Modélisation cinématique des roulements :
On est amené àréaliser une liaisonpivot enassociant deuxroulements selon
desconfigurationsdécrites ci-contre :
Guidage modélisépar deux rotulesunilatérales
Linéaire annulaire + rotule Linéaire annulaire + rotule
Montage en « X »Montage en « O »
Construction d’une liaison pivot
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Construction d une liaison pivot
2-3-d – Modélisationcinématique des roulements :
Construction d’une liaison pivot
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Construction d une liaison pivot
Exemple de montage Nature et nomdu roulement
Angle derotulage
Schémaarchitectural
Degré
d’hyperstatisme
=10’
=
0’
=2 à 6
Construction d’une liaison pivot
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Construction d une liaison pivot
= 1 à 3°
= 3°
= 0’
= 2 à 6’
Rappel : sur le degré d’hyperstatisme : hh = nombre de degrés de liaisons créé par chacune des liaisons élémentaires – nombre de degrés de liaison nécessaire pour réaliser la liaison.
Construction d’une liaison pivot
S
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Construction d une liaison pivot
2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
Phénomène de laminage :
Le laminage consiste à faire passerune masse métallique entre deuxcylindres tournant en sens inverse, afind’en réduire la section (et parconséquent l’allonger), et lui donneréventuellement un profil particulier.
Vitesse d’avance
Effort presseur F
Effort presseur F
Rotation inversée
Construction d’une liaison pivot
2 S l i i
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p
2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
Prenons l’exemple d’un arbre tournantet d’un logement fixe (figure ci-contre) ;l’arbre est soumis à une force verticaleconstante, et supposons qu’il existe un
jeu entre la bague intérieure du
roulement et l’arbre…
On constate un roulement de l’arbre dans la bague intérieure
Effort radial
Effort radial
Vitesse d’avance
Arbre
BI
BEfixe
Construction d’une liaison pivot
2 S l i i
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p
2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
Effort radial
Effort radial
Vitesse d’avance
Arbre
BI
BEfixe
Dans la représentation ci-contre, labague intérieure est soumise aulaminage : elle sera donc très
rapidement détériorée.
Analysons ce même cas, si on monteserrée la bague qui tourne par rapport àla direction de la charge (ici la bagueintérieure, car c’est elle qui est sujette aulaminage !!!).
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2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
Analysons ce même cas, si on monteserrée la bague qui tourne par rapportà la direction de la charge (ici la bague
intérieure, car c’est elle qui est sujette aulaminage !!!).
Effort radial
Effort radial
Vitesse d’avance
Arbre
BI
BEfixe
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2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
Effort radial
Effort radial
Vitesse d’avance
Arbre
BI
BEfixeDans ce cas, on observe que l’ensemble
{arbre ; BI} roule simplement sur leséléments roulants.Plus aucun élément n’est soumis aulaminage.
Pour éviter le laminage, on doitmonter serrée la bague qui tournepar rapport à la direction de lacharge.
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2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
Exemple :
Pour un diamètre de l’arbre (tournant à 800trs/min) de 19,95 mm et un diamètre de labague intérieure de 20 mm,
cette vitesse de roulage peut être calculée de lamanière suivante :
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2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
Si M est le point de contact entre l’arbre et labague intérieure, alors :
2
arbrearbrearbre M
d V
2 BI BI BI M
d V
BI M arbre M V V
22
BI BI
arbrearbre
d d
BI
arbre
arbre BI d
d
min / 79820
95,19800 trs
d
d N N
BI
arbrearbre BI
Si alors
donc
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2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
min / 79820
95,19800 trs
d
d N N
BI
arbrearbre BI
Donc, le fréquence de rotation de la bague intérieure du roulement estde 798 trs/min.
Cette différence de vitesse (2 trs/min) produit ce phénomène de
laminage entre l’arbre et la bague Intérieure. Le laminage entre surfacessoumises à des charges importantes provoque une usure rapide de l’arbre et de la bague.
Pour éviter ce phénomène, il suffit de supprimer le jeu auniveau de la bague tournante par rapport à le charge.
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2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
En pratique, on a :
nominal de l’arbre = nominal de la BI
nominal de l’alésage = nominal de la BE
Il convient de choisir correctement lestolérances de l’arbre et de l’alésage pourobtenir les conditions fonctionnelles voulues :
Jeu ou serrage
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2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
Règles de montage :
1- La bague qui tourne par rapport à la direction de la chargeappliquée sur le roulement est ajustée avec serrage.
2- La bague fixe par rapport à la direction de la charge appliquéesur le roulement doit être ajustée avec jeu (pour le montage).
3 - Les bagues tournantes par rapport à la direction de la charge,ajustées serrées doivent être complètement immobiliséesaxialement.
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2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
Règle 1 : La bague qui tourne par rapport à la direction de la chargeappliquée sur le roulement est ajustée avec serrage.
Remarque : avant toute application des trois règles successives demontage, il convient :
D’identifier la bague tournante et la bague fixe D’identifier la charge (effort radial), et d’analyser si celle-ci estfixe ou mobile.
Arbre tournant Logement tournant
BE fixe BI mobile BE mobile BI fixe
Chargetournante
Serrageradial
Jeu radial Jeu radial Serrageradial
Chargefixe
Jeuradial
Serrageradial
Serrageradial
Jeuradial
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2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
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2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
Règle 3 : Les bagues tournantes par rapport à la direction de la charge, ajustéesserrées doivent être complètement immobilisées axialement.
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2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
Règle 3 : Les bagues tournantes par rapport à la direction de la charge, ajustéesserrées doivent être complètement immobilisées axialement.
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2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
Exemples de montage : Bague montée serrée
Bague libre
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2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
Exemples de montage : Bague montée serrée
Bague libre
Charge fixe – arbre tournant
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2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
Exemples de montage : Bague montée serrée
Bague libre
******************************
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2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
Exemples de montage : Bague montée serrée
Bague libre
Charge tournante – arbre tournant
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2- Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
Exemples de montage : Bague montée serrée
Bague libre
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2 Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-e – Montage des roulements :
Exemples de montage : Bague montée serrée
Bague libre
Charge fixe – alésage tournant
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2 Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-f – Calcul de durée de vie des roulements :
1- Durée de vie normalisée L10 :
Sous charge et au cours du mouvement de rotation, les chemins desbagues de roulements reçoivent de la part des éléments roulants(billes, aiguilles ou rouleaux) des millions de compressionsélastiques intermittentes.
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2 Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-f – Calcul de durée de vie des roulements :
1- Durée de vie normalisée L10 :
Il en résulte, avec le temps, desfissurations amenant progressivement un
écaillage des surfaces. C’est lephénomène de fatigue.
La durée de vie L10 d’une série de roulements identiques, soumis à la mêmecharge, est égale au nombre de tours réalisés par 90% des roulements de lasérie, avant qu’apparaissent les signes de fatigue. (ISO 281)
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2 Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-f – Calcul de durée de vie des roulements :
2 - Capacité de charge dynamique :
La durée de vie des roulements dépend principalement de la charge supportée.Plus la charge est faible, plus la durée de vie est longue, et inversement.
Définition : La charge dynamique de base C, d’une série de roulementsidentiques, est la charge radiale (axiale pour une butée), constante enintensité et en direction que peut endurer 90% des roulements du groupe,pendant 1 million de tours, avant qu’apparaisse les premiers signes defatigue.
La capacité C est une des caractéristiques de base des roulements. Elle estindiquée dans les catalogues des fabricants.
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2 Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-f – Calcul de durée de vie des roulements :
3 - Calcul de la charge dynamique équivalente P :
La charge équivalente P est une
charge radiale pure (axiale pour lesbutées), donnant exactement la
même durée de vie que lacombinaison charge axiale Fa pluscharge radiale Fr réellement exercéesur le roulement considéré.
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2 Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-f – Calcul de durée de vie des roulements :
3 - Calcul de la charge dynamique équivalente P :
La charge axiale Fa ainsi que la charge radiale Fr étant connues, la charge équivalente P estcalculée à l’aide de la relation :
P = X . Fr + Y . Fa
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2 Solutions constructives :2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-f – Calcul de durée de vie des roulements :
4 - Relation entre la durée de vie L10 et la charge dynamique C :
Durée de vie en millions de tours :
n
PC
L 10
L10 : durée de vie nominale du roulement en millions de tours.C : charge dynamique de base
P : charge équivalente exercée sur le roulementn = 3 pour les roulements à billesn = 10/3 pour les roulements à rouleaux ou aiguilles
Durée de vie en heures de fonctionnement :
L10 : durée de vie nominale en millions de tours.L10H : durée de vie nominale en heuresN : fréquence de rotation en tr/min N
L L H
.60
10. 6
1010
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So ut o s co st uct es2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-f – Calcul de durée de vie des roulements :
4 - Relation entre la durée de vie L10 et la charge dynamique C :
Durées de vie indicatives de quelques guidages par roulements
Mode d’emploi Exemples d’emploi
Durée de vie L10H
Usages intermittentsElectroménager, automobiles,appareils de manutention et de
levage… 1000 à 15 0000
Fonctionnant 8 h / jourVéhicules industriels, machines outils,
de production… 15 000 à 35 000
Service en continu24h / 24
Convoyeurs, compresseurs,ventilateurs…
35 000 à 60 000
Machines dont la fiabilitéest très importante
Machines à papier, machines textile,navires, barrages…
100 000 à 200 000
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2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-f – Calcul de durée de vie des roulements :
5 - Durée de vie corrigée, Fiabilité F et probabilité de Défaillance D :
• Détermination de la durée de vie pour une fiabilité donnée :
Si on désire obtenir une durée de vie Ln supérieure à L10, celle ci peut êtreobtenue par L
n= a
1. L
10.
Fiabilités différentes de 90% Ln = a1 . L10
Fiabilité
F en % 90 95 96 97 98 99 99.5 99.9
Ln L10 L5 L4 L3 L2 L1 L0.5 L0.1
a1 1 0.62 0.53 0.44 0.33 0.21 0.15 0.06
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2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-f – Calcul de durée de vie des roulements :
5 - Durée de vie corrigée, Fiabilité F et probabilité de Défaillance D :
• Détermination de la fiabilité et de la probabilité de défaillance d’un roulement :
La durée de vie prévue d’un roulementest généralement L10. Si on souhaite
connaître sa fiabilité au bout d’une durée de fonctionnement égale à L, ilfaut utiliser la relation suivante :
483.1
10
439.4
02.0
exp
L L
F
Nous pouvons en déduire facilement la probabilité de défaillance : D = 1 - F
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2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-f – Calcul de durée de vie des roulements :
6 - Durée de vie d’une association de roulements :
Lorsqu’un ensemble de roulements (E) comprend plusieurs roulementsfonctionnant en même temps (exemple : arbre guidé par 2 roulements), la duréede vie LE10 de l’ensemble est fonction de la durée de vie Li.10 de chacun desroulements.
Elle est définie par la relation suivante :
5.1
1
5.1
10.
5.1
10.2
5.1
10.1
10 1.....11
n
E
L L L L
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2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-f – Calcul de durée de vie des roulements :
7 - Durée de vie pondérée :
Lorsqu’un roulement fonctionne dans un mécanisme selon un cycle où lesconditions de fonctionnement sont variables, on calcule sa durée Lp en pondérantles durées nominales calculées Li pour chaque période i où les conditions defonctionnement (charges, vitesse…) peuvent être considérées comme constantes.
1
i
iP
L
a L
Avec ai taux d’utilisation défini par le rapport entre la durée de lapériode i et celle du cycle considérée.
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2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-f – Calcul de durée de vie des roulements :
7 - Durée de vie pondérée : 1
i
iP
L
a LExemple :
Roulement fonctionnant dans des conditions de charges et devitesses différentes selon la répartition suivante :
Taux
d’utilisationhoraire ai Charge Vitesse
Durée calculée
L10 correspondante
55 % P1 N1 3500 h
30 % P2 N2 1500 h
15 % P3 N3 500 h
Total 100 %
Durée pondérée : h LP 1520500
15,0
1500
30,0
3500
55,01
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2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3-f – Calcul de durée de vie des roulements :
8 - Résistance quasi-statique :
Pour un roulement chargé à l’arrêt, ou dans le cas de mouvements de faible amplitude et de petitesoscillations, C0 représente la charge statique limite à ne pas dépasser. Au delà de cette charge, ladéformation des éléments roulants deviennent inadmissibles.C0 est une grandeur caractéristique du roulement indiquée dans les catalogues fabricant. Ellecorrespond à une déformation maximale admissible égale à 0.0001 du diamètre moyen de l’élément
roulant.
Comme C, C0 est une charge radiale pure. Si le roulement est soumis à une charge combinée Fa plus Fr, il est nécessaire de calculer au préalable la charge statique équivalente P0.
P0 = X0 . Fr + Y0 . Fa
La condition de résistance est la suivante :
C0 S0 . P0 0.5 S0 0.8 : cas de faibles exigences (régulier et sans choc)0.8 S0 1.2 : cas d’exigences normales 0.5 S0 0.8 : cas d’exigences sévères (chocs)
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2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3- g – Entretien des roulements :
Surveillance et entretien préventif :
Une amorce de détérioration peut être diagnostiquée par undépassement par le roulement de son niveau normal en :
• Vibration • Bruit • Température • Couple résistant de rotation
Analyse thermique :
Dans le cas de roulements
lubrifiés à la graisse, le suividu niveau thermique estaussi un indicateur de l’état du roulement.
Analyse vibratoire :
Le moyen de contrôle le plusgénéral porte sur le niveauvibratoire.
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2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3- g – Entretien des roulements :
Expertise des roulementsdétériorés :
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2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3- g – Entretien des roulements :
Importance de la lubrification :
La lubrification est un élément essentiel pour le bon fonctionnement du roulement. Elle apour objectifs :
• Interposer un film de lubrifiant (dit film d’huile) entre les corps roulants et le
chemin de roulement, afin d’éviter l’usure des éléments en contact.
• Assurer une protection contre l’oxydation et la pollution extérieure.
• Assurer (dans le cas de l’huile) un refroidissement et une évacuation descorps étrangers
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2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3- g – Entretien des roulements :
Importance de la lubrification :
La lubrification est un élément essentiel pour le bon fonctionnement du roulement.
Représentation du contact et de la pression decontact corps roulant sur chemin.
Roulement non lubrifié Roulement lubrifié
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2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3- g – Entretien des roulements :
Utiliser l’huile de la
machineChoisir
l’huile
La graisse suffit en
général
Choisir la
graisse
La vitessecirconférentiell
e est-elleélevée ?
La vitessecirconférentiell
e est-elleélevée ?
Y a-t-il de fortes charges ?
Un fonctionnement
continu ?Des calories à évacuer ?
Le roulement est-ilintégré dans une
machine lubrifiée àl’huile ?
Oui Oui Oui
Oui
Non
Non
Non Non
Choix de la lubrification
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2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3- g – Entretien des roulements :
Importance de la lubrification :
Lubrification à l’huile Lubrification à la graisse
Avantages
· Bonne pénétration dans le roulement· Bonne stabilité physico-chimique· Refroidissement
· Evacuation des corps étrangersContrôle aisé du lubrifiant : état et
niveau
· Propreté du mécanisme· Etanchéité plus facile à réaliser· Barrière de protection
· Facilité de manipulation· Réduction ou suppression dugraissage d’appoint · Possibilité d’utiliser des roulementsprégraissés
Inconvénients
· Etanchéité nécessaire du montage
· Mauvaise protection contre l’oxydation en cas d’arrêt prolongé
· Retard au démarrage
· Coefficient de frottement plus élevé
que l’huile · Evacuation thermique plus faible
Le remplacement requiert souvent ledémontage du roulement
· Pas de possibilité de vérifier un niveaude graisse
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2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
Mode de la lubrification :
Lubrification à la graisse Lubrification à l’huile
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2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
Etanchéité :
Etanchéité avec frottementEtanchéité sans frottement
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2- Solutions constructives :2 3 C t ti i t iti d’élé t l t
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2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3- g – Entretien des roulements :Montage et démontage des roulements :
Montage du roulement
à froid à chaud
Les roulements de petite dimension peuventêtre montés à l’aide d’une presse ou de coups
de marteau appliqués sur un tube placé contreune des bagues du roulement. Les têtes de marteau
tendre ne conviennent pas, des écailles pouvant se produire etpénétrer dans le roulement.
Pour faciliter le montage et réduire le risque dedétérioration, la portée du roulement doit êtreenduite avec une huile de faible viscosité.
Autre façon : chauffer le roulement (ou leslogements) avant montage.
Si l’on prévoit un ajustement serré sur l’arbre, leroulement doit être chauffé à une températuresupérieure de 90° à celle de l’arbre, maisjamais au-dessus de 125°C. Enfoncer leroulement sur l’arbre, contre l’épaulement e tlemaintenir jusqu’à ce que l’ajustement serrésoit réalisé.
Construction d’une liaison pivot Démontage du roulement
à froid à chaud
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à froid à chaud
Les roulements de petitedimension peuvent être démontésà l’aide d’un extracteur usuel.
Si le roulement est monté avecajustement serré sur l’arbre, ilest préférable que les griffes del’extracteur prennent appui sur
la bague intérieure.
mécanique hydraulique
La mise en œuvre pour les roulements detaille moyenne ou de grande taille.
Cette méthode consiste à introduire del’huile sous forte pression entre laportée du roulement et la bagueintérieure par des canaux et desgorges de répartition jusqu’à ce que
l’huile forme un film uniforme quisépare les éléments.
Méthode pour les BI desroulements à rouleauxcylindriques. Un de cessystèmes est une baguechauffante en aluminium.
Enduire le chemin de la bagueintérieure avec de l’huile résistant à l’oxydation. Laisserla bague chauffante atteindre250°C, la placer autour de labague intérieure du roulementpuis rapprocher les poignées.
Utiliser l’outil pour extraire labague intérieure dès qu’elle selibère.Enlever immédiatement labague de l’outil.
Construction d’une liaison pivot
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2-3- h – Fabricationdes roulements :
Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :2 3 C t ti i t iti d’élé t l t
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2-3 Construction par interposition d’éléments roulants:
2-3- h – Fabrication des roulements :
Matériaux utilisés pour les bagues et les éléments roulants :
• L’acier au chrome à haute teneur en carbone est l’acier le plus généralement
utilisé. Sa nuance la plus courante est l’acier 100Cr6 dégazé sous vide.
• Sont également utilisés les aciers de cémentation (20NiCrMO2) ou XC68.
Matériaux utilisés pour les cages :
• Les cages en tôle emboutie, soudées, rivetées sont en acier doux ou en laiton.
• Les cages usinées sont en résine phénolique, alliage cuivreux ou alliaged’aluminium.
• Les cages moulées sont principalement en polyamide (faible coeff de frottement,élasticité, bonne résistance aux chocs et vibrations).
CONSTRUCTION MECANIQUE
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PALIERS À ROULEMENT
•Généralités
•Classification, types de roulements etutilisation
•Facteurs affectant le choix d’un roulement •Désignation et choix d’un roulement du
catalogue
•Durée de vie d’un roulement
•Montages des roulements
•Lubrification
•Dispositifs d’étanchéité
CONSTRUCTION MECANIQUE (CFM4)
Composantes d’un palier à roulement
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Composantes d’un palier à roulement
CONSTRUCTION MECANIQUE (CFM4)
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Types de roulements ( BC )
• Ne se démontent pas• Conviennent pour des charges élevées
• Nécessitent l’alignement des paliers
CONSTRUCTION MECANIQUE (CFM4)
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Types de roulements ( BT )
• Ne se démontent pas
• Supportent des charges axiales dans un seul sens
• Pour supporter des charges axiales dans les deux sens , ces roulement semontent en opposition
• Le jeu axial en fonctionnement doit être nul
CONSTRUCTION MECANIQUE (CFM4)
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Roulement à billes à contact oblique à deuxrangées ( BE )
• Remplissent les mêmes fonctions que deux roulements BT disposés en O
• Supportent des charges radiales et axiales élevées
• Sert pour le guidage d’un arbre court
• Pour un arbre long , il sera accouplé avec un RU ou RN
CONSTRUCTION MECANIQUE (CFM4) Roulement à rotule sur billes ( BS )
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Roulement à rotule sur billes ( BS )
• Basculement possible de la bague intérieure par rapport à la bagueextérieure
• Conviennent pour des arbres longs se déformant à la flexion
• Charges1. Axiales faibles
2. Radiales importantes
CONSTRUCTION MECANIQUE (CFM4)
l l li d i
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Roulement à rouleaux cylindrique ( RU& RN )
• Sont à bagues séparables
• Supportent que des charges radiales
• Conviennent pour des grandes vitesses de rotation
• Résistent aux chocs
• RU : bague intérieure sans épaulement
• RN : bague extérieure sans épaulement
CONSTRUCTION MECANIQUE (CFM4)
R l t à t l d é d l
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Roulement à rotules sur deux rangées de rouleaux(SC)
• Même type que les BS
• Supportent des charges radiales très élevées• Supportent des charges radiales et axiales combinées
• Ils sont utilisés lorsque l’alignement précis des paliers est difficile ( paliers
pour arbre de transmission fortement chargé )
CONSTRUCTION MECANIQUE (CFM4)
Ro lement à ro lea coniq es ( KB)
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Roulement à rouleaux coniques ( KB)
• Admettent des charges axiales dans un seul sens
• Supportent des charges radiales importantes
• Création d’efforts axial induit
• Disposition en O ou X
• Jeu interne nul lors du fonctionnement
CONSTRUCTION MECANIQUE (CFM4)
R l à i ill ( NE )
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Roulement à aiguilles ( NE )
• Conviennent uniquement pour des charges radiales
• Conviennent pour de grandes fréquences de rotation
• Faible encombrement
• Résistent aux chocs• Exigent une très bonne coaxialité des portées de l’arbre et des
alésages des logements
• Surfaces de roulement exigent un HRCmin=57 et Ramax =0.4
CONSTRUCTION MECANIQUE (CFM4)
Butées à billes
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Butées à billes
• Supportent des charges axiales uniquement mais très importants
• Faibles fréquences de rotation
• Ne sont pas conçues pour le guidage en rotation d’un arbre
CONSTRUCTION MECANIQUE Désignation des roulements
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Ben aissa chokri
Désignation des roulements
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Ben aissa chokri
CONSTRUCTION MECANIQUE (CFM4) Roulements combinés
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Roulements combinés
• Peuvent supporter des charges axiales et radiales importantes• Grandes fréquences de rotation
• Résistent aux chocs
Ben aissa chokri
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LES MONTAGES• La direction de la charge
appliquée1. Radiale2. Axiale3. Radiale et axiale
• L’importance du fléchissement
1. Effort appliqué important2. Entraxe important3. Défaut d’alignement
Positionnement axial de l’arbre par rapport à l’arbre
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rapport à l arbre
• On doit éviter la surabondanced’obstacles assurant la position axiale
• Hyperstatisme
• Dilatation axiale inégale de l’arbre et
du logement
accélération du processus devieillissement si non blocage dumécanisme
Énoncé des règles de montage pour
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les roulements
• Montage des roulements à billes rigides(BC )
• Montage des roulements à rouleauxcylindriques (RU & RN)
• Montage des roulements à rotule (BS & SC)
Direction de la charge radiale est fixe Par
t à l b té i
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rapport à la bague extérieur
( Arbre tournant )
Direction de la charge radiale est mobilePar rapport à la bague extérieur
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pp g
( logement tournant )
Montages particuliers pour arbre
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Montages particuliers pour arbrecourt
• Quand l’entraxe entre les deux paliers est réduit, les montages suivants sont admissibles,
bien qu’il présente un certain hyperstatisme dans le positionnement axial relatif de
l’arbre et du logement.
M t ti li ( it )
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Montages particuliers ( suite )
Cas dit de « l’arbre tournant »
M t ti li ( it )
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Montages particuliers ( suite )
Cas dit de « logement tournant »
Remarque ( roulement à rouleaux
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Remarque ( roulement à rouleaux
cylindrique)
Énoncé des règles de montage
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pour les roulements
• Montage des roulements à une rangée debilles à contact oblique ( BT )
• Montage des roulements à rouleauxconiques ( KB )
Direction de la charge radiale est fixe Parrapport à la bague extérieur ( Arbre
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tournant )
• Les arrêts axiaux :1. Sur l’arbre :
– Des circlips extérieurs si Fa estfaible
– Des épaulements
2. Sur le logement : – Des circlips intérieurs – Pénétration cylindrique d’un
couvercle
X
Direction de la charge radiale est fixe Par
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rapport à la bague extérieur ( Arbre
tournant )
Direction de la charge radiale est mobilePar rapport à la bague extérieur ( logement
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tournant )
– Un écrou à encoches etrondelles à encoches
– Tout écrou freiné ODirection de la charge radiale est mobile
P t à l b té i ( l t
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Par rapport à la bague extérieur ( logement
tournant )
Montage des roulements pour
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g p
arbres longs
Direction de la charge radiale est fixe Par
rapport à la bague extérieur ( Arbre
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pp g (
tournant )
Direction de la charge radiale est fixe Par
rapport à la bague extérieur ( Arbre
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pp g (
tournant )
Direction de la charge radiale est mobile
Par rapport à la bague extérieur ( logement
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pp g ( g
tournant )
Direction de la charge radiale est mobile Par
rapport à la bague extérieur ( logement tournant )
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rapport à la bague extérieur ( logement tournant )
Construction d’une liaison pivot