Guidage en translation - CPGEPTLJGcpgeptljg.free.fr/wp-content/uploads/Guidage_translation.pdf · Lycée Jules Garnier NOUMÉA C.P.G.E. 2° Année PT S.I.I. CI 2 : Analyse et conception

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2° Année PT S.I.I. CI 2 : Analyse et conception des mécanismes Page 1 sur 1Guidage en translation.docx

Guidage en translation

I. Introduction Un ensemble de pièces est guidé en translation par rapport à un autre lorsque les surfaces en contact ne permettent plus qu’un degré de liberté entre les deux : une translation suivant une direction donnée. La liaison mécanique normalisée associée à cette fonction technique est la liaison glissière.

A. Rappel Deux solides S1 et S2 sont en liaison glissière de direction si le torseur cinématique de S1 par rapport à S2, s’écrit, en tout point de l’espace :

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où v s’exprime en m.s-1. Le seul mouvement possible de S1 par rapport à S2 est une translation de direction .

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Représentation plane et spatiale de la liaison glissière

Si la liaison est parfaite, la puissance développée par les inter-efforts entre les deux solides est nulle, le torseur des efforts transmissibles par la liaison glissière d’axe entre les deux solides S1 et S2 est, en tout point de l’espace, de la forme :

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, ,

La plupart des liaisons réelles se font avec frottement et le torseur des actions mécaniques transmissibles possède alors une composante en résultante suivant l’axe . On appelle généralement la pièce fixe le guide et la pièce mobile le coulisseau.

II. Fonction réalisée par la liaison Assurer une liaison glissière

Guider en translation Précision Jeu<JMax Rendement de la liaison

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Supporter les efforts Déformation des pièces

Résistance au matage pcontact<pmatage Résistance à l’usure Durée de vie

A. Précision du guidage La précision du guidage d’une solution technique dépend de la qualité des surfaces de contact et des jeux de fonctionnement. Si lors de la réalisation effective du guidage en translation, il subsiste un jeu, il en résulte une légère rotation préjudiciable à la précision du guidage1. On se rend aisément compte que pour un jeu donné (c'est-à-dire des tolérances données et donc

1 Mais aussi apportant des risques d’usure prématurée et même des phénomènes de blocage par arc-boutement…


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un cout de fabrication donné), plus la longueur de guidage est importante, meilleure est la précision (une Lapalissade de plus !).

L’obtention d’un jeu nul n’est réalisable que grâce à l’ajout de systèmes de réglages (voir à la fin du cours…) ou en utilisant des systèmes de guidage à éléments roulants précontraints (comme pour le cas du guidage en rotation par éléments roulants).

B. Supporter les efforts 1. Résister aux déformations

Les déformations du coulisseau et du guide ont une répercussion directe sur la précision de la glissière (précision en charge). Il faut donc des pièces d’une grande rigidité. Les calculs associés à ce critère de dimensionnement sont directement liés à l’application des relations issues de la théorie des poutres2 (CI 4).

2. Résister au matage Le matage correspond à une déformation plastique localisée des surfaces causée par les pressions de contact. Afin de ne pas détériorer les surfaces de contact, il convient de ne pas dépasser certaines valeurs de pression que l’on appelle la pression admissible ou pression de matage.

Les calculs de dimensionnement associés à ce critère sont directement liés aux modèles définis dans le chapitre « Modélisation des liaisons mécaniques » du CI 2 (répartition de pression constante ou affine sur une surface plane ou cylindrique).

3. Résister à l’usure Les paramètres influençant l’usure sont :

• La vitesse de glissement, • La pression de contact, • Le coefficient de frottement de glissement, • L’état de surface, • Les propriétés mécaniques des couches superficielles des matériaux.

La lubrification peut grandement atténuer les phénomènes d’usure. Les lubrifiants ont pour rôles : • De diminuer la valeur du coefficient de frottement de glissement, • De diminuer les phénomènes de micro-soudure,

2 En tout cas, pour nous en PT, puisque le programme de mécaniques des milieux continus s’arrête là !


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• D’évacuer la chaleur, • D’évacuer les micro-particules.

La lubrification est quasiment présente dans tous les guidages en translation, elle peut être simpliste (simple graissage au montage) ou plus complexe grâce à la mise en place de graisseurs (pour un regarnissage périodique en lubrifiant). La lubrification d’un système entraine nécessairement la mise en place d’une étanchéité avec le milieu extérieur (joints racleurs, joints toriques, feutres, soufflet), lors de l’utilisation d’éléments standards, ils sont souvent intégrés aux guides. Pour des conditions particulièrement agressives (poussière, fluide, copeaux), la protection est réalisée par des éléments télescopiques ou des soufflets (cas des MOCN).

III. Guidage par glissement A. Association de contacts ponctuels

La réalisation d’une liaison glissière isostatique est « réalisable » grâce à l’utilisation de 5 contacts ponctuels judicieusement placés. Si ces solutions ont l’avantage non négligeable d’être isostatique elle sont souvent écartées pour des solutions constructives plus complexes pour des raisons de transmission des actions mécaniques et de résistance à la déformation.

B. Association pivot glissant + ponctuel

Cette solution assez simple à réaliser est utilisée pour des glissières de réglage avec d’assez faibles courses, des couples transmissibles assez faible (surfaces de contact faibles) et une précision assez faible (directement liée au jeu nécessaire au fonctionnement).


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C. Association pivot glissant + linéaire rectiligne

Ce type de liaison glissière est à nouveau utilisé pour des systèmes de réglage à faible course mais dans ce l’augmentation des dimensions des surfaces en contact permet de passer des couples et des efforts beaucoup plus importants (meilleure résistance à la déformation et à la pression de matage). Cette solution technologique est couramment utilisée dans les boites de vitesses et dans les embrayages.

D. Association de 2 pivots glissants Cette solution fortement hyperstatique est une des plus classiques, elle entraine cependant un grand nombre de contraintes géométriques et dimensionnelles (entraxe précis sur les colonnes et sur le coulisseau, parallélisme entre les deux axes et parallélisme entre les 2 alésages3). Elle peut être réalisé grâce à des éléments standards du commerce (axe en acier trempé et coussinet en bronze), et ce à moindre frais4. Attention aux actions mécaniques entrainant des efforts tranchant sur les colonnes de guidage, elles peuvent entrainer une flexion importante de la glissière préjudiciable pour la précision du guidage ainsi que des risques de coincement ou de broutement.

E. Associations d’appuis plans L’association de liaisons appuis plans permet de s’affranchir des problèmes de résistance, de matage ou de déformation en augmentant sensiblement les surfaces de contact, il existe 3 grandes familles de guidage en translation utilisant des associations de contacts plans.

1. Section rectangulaire C’est la solution qui semble la plus logique à la vue de la représentation normalisée de la liaison glissière mais elle peut être rapidement hyperstatique et nécessitera donc des possibilités de réglage, un usinage soigné ou des jeux importants (qui entraineront nécessairement des risques de coincement et une précision de guidage plus faible).

3 3 conditions dimensionnelles ou géométriques, peut-on déterminer le degré d’hyperstatisme h ? 4 Nous verrons dans la partie suivante que le même type de solution technique peut être réalisé avec des éléments roulants.


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D’autre part, la réalisation de la partie « femelle » du guidage, nécessite soit l’utilisation d’outils spéciaux (fraise pour rainure en T pour les raines en T des tables de MOCN), soit une réalisation en plusieurs parties.

2. Glissière en queue d’aronde5

Cette forme en queue d’aronde est utilisée en menuiserie afin de réaliser des tenons permettant des assemblages rigoureux de 2 éléments en bois. Elle est aussi utilisée comme guidage en translation, souvent afin de guider les chariots mobiles de machines outils. Comme la glissière précédente, elle nécessite des usinages soignés et rigoureux et afin de limiter les effets néfastes d’un jeu trop important, elle est équipée d’éléments permettant le rattrapage du jeu.

F. Glissière ouverte

Une glissière est dite ouverte si elle nécessite l’application d’actions mécaniques dans un sens particulier pour que les surfaces restent en contact, l’action mécanique de la pesanteur permet le plus souvent d’assurer la mise en contact. La glissière est réalisée la plupart du temps par une association entre un appui plan horizontal et deux autres plans formant un coin à 90°.

Il est aussi possible d’ajouter des pièces sur le coulisseau afin de maintenir le coulisseau en contact avec le guide comme sur l’exemple ci-dessus.

5 Composé des mots français queue et aronde, forme ancienne d’hirondelle.


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G. Notion d’arc-boutement Le phénomène d'arc-boutement se produit dans un système mécanique lorsque la configuration de celui-ci est telle que l’adhérence empêche tout mouvement et maintient donc l'équilibre, quelle que soit l’intensité des actions mécaniques extérieures. Ce phénomène d’arc-boutement est l’ennemi juré du concepteur de guidage en translation par glissement ! Exemple : On étudie le phénomène d’arc-boutement pour le coulisseau 2. Dans la configuration représentée, il y a arc-boutement, en effet, quelle que soit l’intensité de l’effort , il est impossible de rompre l’équilibre. Nous pouvons aisément déterminer la distance dlim à partir de laquelle on écarte tout risque d’arc-boutement grâce à une étude statique. En clair afin de limiter les risques d’arc-boutement, il faut recentrer les efforts extérieurs qui s’exercent sur le coulisseau, augmenter le rapport et limiter au maximum les jeux dans le guidage ainsi que le frottement.

IV. Guidage par roulement Comme pour le cas des guidages en rotation, le fait d’interposer des éléments roulants entre le guide et le coulisseau permet de réduire énormément les pertes d’énergie en remplaçant le frottement de glissement par de la résistance au roulement. Les modèles utilisés pour représenter cette résistance et pour dimensionner un guidage en translation utilisant des éléments roulants sont identiques à ceux définis lors de l’étude des guidages en rotation (pression de matage, durée de vie, etc.).

A. Utilisation de galets Les galets sont interposés entre les éléments de la glissière, ils peuvent être réalisés à partir de roulements standards ou des galets spécifiques avec une bague extérieure ayant une forme particulière. De nombreux fournisseurs proposent aussi des ensembles complets standards basés sur l’utilisation de galets (voir figure ci-dessous). Les surfaces de roulement peuvent être cylindriques ou planes, elles sont souvent issues des géométries définies pour les guidages avec glissement direct (association de 2 cylindres ou de plusieurs plans de roulement). La question du rattrapage du jeu pour ce type de guidage se pose aussi mais peut être résolue grâce à l’utilisation d’axe excentrique pour les galets.

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C. Patin à recirculation de rouleaux ou de billes Dans ce cas, les éléments roulant se comportent comme une chenille d’engin de chantier et passent de la zone chargée à la zone de recirculation. L’épaisseur de ces éléments est plus importante que celle des cages linéaires, cependant contrairement aux précédentes, ils sont liés au coulisseau et suivent son mouvement, ils permettent donc des courses plus importantes.

Il est bien entendu nécessaire de mettre en place un système de rattrapage du jeu dans le cas ou l’on désire un guidage précis (exemple du guidage d’une table de fraiseuse à commande numérique ci-dessous).

Il existe un grand nombre d’éléments standards, patins seuls ou accompagnés de leurs rails.

D. Douilles à billes Ces éléments sont basés sur le même principe que les patins à recirculation, les éléments roulants sont nécessairement des billes et le rail est une colonne cylindrique. A nouveau, il en existe un grand nombre de modèles standards différents. Le guidage est assuré par l’association de plusieurs douilles à billes afin de réaliser la liaison glissière. Une douille à bille ne doit que translater, elle ne doit en aucun cas tourner autour de la colonne de guidage, elle sera donc maintenue sur le coulisseau à cet effet.


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V. Réglage des jeux

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