Upload
ngotuong
View
219
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ISAT/CM/2A/Glissières
Analyse et conception des liaisons glissières
I - Liaison glissière parfaite : définition
II - Exemples : Classification des solutions technologiques
III- Liaison glissière lisse
III.1 Solutions sans préoccupation du maintien de contact des surfaces conjuguésIII.2 Solutions avec surfaces de maintien des contactsIII.3 Réglage du jeuIII.4 Critères de dimensionnement
ISAT/CM/2A/Glissières
III.4 Critères de dimensionnement III.5 Calcul de la pression maximale : surface plane
IV- Liaison glissière par roulementsIV.1 IntroductionIV.2 Cages à éléments roulants
IV.21 DescriptionIV.22 Réalisation d’une liaison glissièreIV.23 Précision du mouvementIV.24 Graissage, étanchéité, protectionIV.25 Problèmes techniques spécifiques
IV.3 Patins à éléments roulants (avec recircurlation)IV.31 DescriptionIV.32 Exemples de montageIV.33 Durée de vie
IV.4 Douilles à billesIV.41 Description et fonctionnementIV.42 Montage
a - Précision du mouvementb - Montage des arbresc - Montage des douilles
ISAT/CM/2A/Glissières
c - Montage des douillesIV.43 Durée de vieIV.44 Exemples d’application
IV.5 Guidages sur galetsIV.51 Nombre et disposition des galetsIV.52 Montage des galetsIV.53 Guidages sur galets standards.
a - Caractéristiques - exemplesb - Durée de vie
� Schématisation d'une liaison glissière
� Torseur des efforts transmissibles de S2 sur S1 au point O dans le repère xyz
I - Liaison glissière parfaite : définition
{ }F
X
Y
L
M2 1
2 1
2 1
2 1
2 1→
:
/
/
/
/
2
1
Orz
ry
ISAT/CM/2A/Glissières
� Torseur cinématique de S1 par rapport à S2 au point O dans le repère xyz
{ }Vxyz
Vxyz
O
z O
1 2
1 2
0
0
0
0
0/
/
:
{ }Fxyz
Y M
Nxyz
O
O
2 1 2 1 2 1
0 2 1
→
:
/
/ /
Liaison glissière parfaite- pas de frottement -
II - Exemples : Classification des solutions technologiques
Exemple 1: Exemple 2:
ISAT/CM/2A/Glissières
Liaison glissière lisse(contact direct entre S1 et S2)
Liaison glissière par éléments roulants S3entre S1 et S2
�Analyse mécanique des deux solutions technologiques
Liaison glissière par éléments roulants S3entre S1 et S2
Liaison glissière lisse(contact direct entre S1 et S2)
• Surfaces de contact : plane et/ou cylindrique (surfaces de contact importantes)
• S1 glisse (frotte) sur S2
• Surface de contact : ponctuelle ou linéique• S3 roule sans glisser par rapport à S1 et à S2
ISAT/CM/2A/Glissières
• Pression de contact modérée• Usure importante essentiellement par
abrasion / adhésion
• Pression de contact importante• Usure par fatigue au roulement
Le choix d’une solution est un compromis entre :la précision du guidage (rattrapage de jeu ou non), la rigidité de la glissière, l’importance des
efforts, le coût, le rendement...
Glissière
ISAT/CM/2A/Glissières
ISAT/CM/2A/Glissières
ISAT/CM/2A/Glissières
III - Liaison glissière lisse
III.1 Solutions sans préoccupation du maintien de contact des surfaces conjuguées
Surfaces de guidage: - Appui planet contact linéique
Surfaces de guidage: - Cylindre prépondérantet contact linéique
ou ponctuel
ISAT/CM/2A/Glissières
Toutes ces solutions ne permettent pas de supporter des efforts sur le coulisseaude direction et de sens quelconques.
ISAT/CM/2A/Glissières
III.2 Solutions avec surfaces de maintien des contacts
Surfaces de guidage: - Cylindre prépondérantet contact linéique ou
ponctuel
Surfaces de guidage: - Appui planet contact linéique
ISAT/CM/2A/Glissières
Guidages complets qui peuvent supporter des efforts de sens et de direction quelconques
ISAT/CM/2A/Glissières
ISAT/CM/2A/Glissières
Arc-boutement
ISAT/CM/2A/Glissières
f
LdoudfL
22 <>
III.3 Réglage du jeu
Principe : la position de l’une des surfaces (sur le coulisseau ou la glissière) sont rendues réglables
Rectification de la surface S
� Réglage par enlèvement de matière
ISAT/CM/2A/Glissières
Rectification des surfaces S1 et S2 des
cales
� Réglage par interposition de feuilles de clinquant
- Solution peu employée
� Réglage par déplacement d’une cale de faible épaisseur(nommée lardon)
Il faut remplir impérativement les deux conditions suivantes :
ISAT/CM/2A/Glissières
• assurer le déplacement de la cale
• assurer l’immobilisation de la cale après réglage.
Ces fonctions sont assurées à l’aide de vis de pression et de vis d’assemblage
Exemples
Géométrie du lardon : ParallélépipèdeRéglage latéral : vis de pression (au moins deux)Immobilisation : écrou + téton
ISAT/CM/2A/Glissières
Tour Esnault : Surfaces de guidage (F1, F2, F3)Maintien de contact (M1, M2, M3)
ISAT/CM/2A/Glissières
Tour Esnault : Surfaces de guidage (F1, F2, F3)Maintien de contact (M1, M2, M3)
Cas des glissières en queue d’aronde
Géométrie du lardon : Parallélépipède
- le lardon doit être en équilibre sous les actions du coulisseau et des vis de pression.(qui ne doivent agir que selon leur axe)
Solution: vis de pression+
vis d’assemblage
ISAT/CM/2A/Glissières
Appareil d’affûtage
� Compte-tenu des inconvénients du lardon parallélépipédique réglé latéralement, on utilise souvent le lardon penté (en forme de coin) réglé en bout, bien qu’il soit plus coûteux à fabriquer.
ISAT/CM/2A/Glissières
Porte outil à aléser.
ISAT/CM/2A/Glissières
ISAT/CM/2A/Glissières
III.4 Critères de dimensionnement
En statique :pmax < padm
pmax < padmEn dynamique:
pression admissible
pression admissible
Critère thermique - puissance
(I)
Mêmes critères de dimensionnement que pour les liaisons pivots lisses
ISAT/CM/2A/Glissières
(p V) max < (p V) admCritère thermique - puissancedissipée par frottement
Vmax < Vadm limite en vitesse pour éviter une usure importante
(II)
(III)
En dynamique, le critère thermique est très restrictif
Solution :
Diminuer le frottement entre les surfaces de contact
ISAT/CM/2A/Glissières
Lubrifier les paliersChoisir des matériaux permettant de diminuer l'usure et le coefficient de
frottement(revêtement anti-friction)
ET / OU
� Rappel : Pression diamétrale
l
S2
III.5 Calcul de la pression maximale : surface plane
� Pression de référence
x
L
l
répartition de pression constante
ISAT/CM/2A/Glissières
pF
l Rr
imax
/
( )= 2 1
2
2 Ri
pF
l Lmax/= 2 1
y
Chargement centré
� Rappel : Surface cylindrique
S2
�Autre cas de chargement
xL
l
X
Yrz
S1
l
ry
OS2 Ri
Re
po
l/2
répartition de pression constante linéaire
ISAT/CM/2A/Glissières
y
Chargement décentré
pFr
l R
a
limax
/
( )= +
2 1
21
6
r
Fr 2 1/ a
l/2
pF
l L
X
lmax/= +
2 11
6
pF
l L
Y
Lmax/= +
2 11
6
IV - Liaison glissière par roulements
Liaison glissière lisse :surfaces de contact importantes,
frottement, usure...
supprimer le glissement
Liaison glissière par éléments roulants
Interposer entre le coulisseau et la glissière des rouleaux cylindriques ou des billes
Utiliser des glissières étudiées et réalisées par des constructeurs spécialisés(INA,SKF, ...)
IV.1 Introduction
ISAT/CM/2A/Glissières
(INA,SKF, ...)
Cage à éléments roulants
Patins à éléments roulants
Douilles à billes
Guidage sur galets
ISAT/CM/2A/Glissières
IV.2 Cages à éléments roulants
IV.21 Description
� Cette famille de solutions est essentiellement constituée par des éléments roulants :billes, rouleaux, aiguilles maintenus selon un espacement régulier par des cages.
ISAT/CM/2A/Glissières
� Ces ensembles peuvent se placer directement :- entre deux bandes de contacts définies pour les guidages lisses- entre des rails rapportés sur le coulisseau et la glissière
IV.22 Réalisation d’une liaison glissière
� Les sous-ensembles ci-dessus convenablement groupés pour réaliser une liaisonglissière donnent deux familles de solutions :
� les guidages dits ouverts (ou unilatéraux)
ISAT/CM/2A/Glissières
� les guidages dits complets (ou bilatéraux)
� L’utilisation de rouleaux avec deux rails en vé creux est possible à conditions d’utiliser une cage à rouleaux dits croisés.
ISAT/CM/2A/Glissières
IV.23 Précision du mouvement
� Elle dépend essentiellement - pour les guidages ouverts
� du parallélisme des rails� de la précision d’usinage des surfaces d’appui du guidage
- pour les guidages fermés
� on retrouve les mêmes principes de réglages du jeu que pour les guidages lisses
ISAT/CM/2A/Glissières
Réglage latéral
Réglage en bout
IV.24 Graissage, étanchéité, protection
� Graissage: Faible graissage, à l’huile ou à la graisse
� Etanchéité : - par joint racleur- par soufflet
IV.25 Problèmes techniques spécifiques
� Cinématique du montage: Longueur du coulisseau et de la glissière
ISAT/CM/2A/Glissières
L’écriture de la condition de non glissement aux points I et J montre que le coulisseau a une course double de celle de la cage.
Si la course désirée est C et que la longueur de la cage est Lk alors la longueur théorique du coulisseau et de la glissière doit vérifier :
L LkC
> +2
ISAT/CM/2A/Glissières
Ce type de glissière a pour principal inconvénient de conduire à des courses très longues et donc un encombrement important.
� Durée de vie nominale
LC
P
w=
103
en 105 m avec : - Cw charge de base dynamique effective en N
- P Charge équivalente en N
avec : - H course en m - nosc fréquence de mouvement de va et vient en mn-1
LH n
C
Posc
w=
833103 en h
rouleaux
ISAT/CM/2A/Glissières
La charge dynamique de base effectiveest donnée par :
C CZ
w =
10
79 en N avec : - C charge dynamique de base pour 10
éléments roulants (constructeur)
ZLk e
t=
−+
21
Z nombre d’éléments roulants que comporte une cage de longueur Lk
La charge équivalente est donnée par:
P = F pour un chargement centré
P = g (excentration, Lk, F) pour un chargement décentré
ISAT/CM/2A/Glissières
Charge équivalente pour montage dit «ouvert» avec charge excentrée
IV.3 Patins à éléments roulants (avec recirculation)
IV.31 DescriptionSelon les constructeurs, les éléments roulants sont des billes, des rouleaux à axes parallèles ou croisés.
ISAT/CM/2A/Glissières
Si la vitesse du coulisseau est V, alors la vitesse de circulation des rouleaux est v=V/2
Remarques générales:
- le guidage peut être unilatéral ou bilatéral
- les rails de guidage sont du même type que ceux des cages à éléments roulants.
- les problèmes de précision, de graissage et d’étanchéité sont analogues à ceux des cages à éléments roulants.
- le réglage du jeu s’effectue généralement par une cale pentée avec réglage en bout.
ISAT/CM/2A/Glissières
IV.32 Exemples de montage
1- Patins à rouleaux cylindriques
2. Rails de guidage3. Pièces d’appoints - cales
ISAT/CM/2A/Glissières
1- Patins à rouleaux cylindriques
2. Cales de réglage3. Rails de guidage
rectangulaires
IV.33 Durée de vie
� Durée de vie nominale
LC
P=
103
en 105 m avec : - C charge de base dynamique en N (cf catalogue)
- P Charge équivalente en N
avec : - H course en m - nosc fréquence de mouvement de va et vient en mn-1
LH n
C
Posc=
833103
en h
rouleaux
ISAT/CM/2A/Glissières
de va et vient en mn
La charge équivalente P peut être corrigée en fonction :
- de la dureté du guidage- défaut angulaire- rigidité
IV.4 Douilles à billes
IV.41 Description et fonctionnement
� Composition d’une douille à billes :
- bague extérieure comportant les chemins de roulements (en 100Cr6)
- une cage (guidage des billes)
- de plusieurs rangées de billes
ISAT/CM/2A/Glissières
- de plusieurs rangées de billes
� Fonctionnement
- ce type de douilles est exclusivement réservée au mouvement de translation rectiligne sur arbre cylindrique.
- des courses de grandes longueurs peuvent être effectuées
- Afin d’assurer un fonctionnement interne correct des douilles (frottement réduit, déplacement régulier des billes, bruit diminué,...) la circulation des billes se fait
- dans le plan tangent de l’arbre.(encombrement radial minimal)
ISAT/CM/2A/Glissières
- dans le plan contenant l’axe de l’arbre ce qui augmente le diamètre extérieur mais aussi la capacité de charge. (plus grand nombre de chemins de roulement)
Bague extérieure
Joint
Une rangée de billes
Cage
Cage
Joint
ISAT/CM/2A/Glissières
IV.42 Montage
a - Précision du mouvement
Une douille à billes est susceptible de transmettre un effort radial F et un moment M. Afin de profiter au maximum des avantages techniques des douilles (précision, durée de vie,...), le guidage du coulisseau sur la glissière se fera toujours au moins sur trois douilles (ou quatre) afin de limiter le plus possible le moment M.
ISAT/CM/2A/Glissières
Elle dépend :
- du jeu radial entre les douilles et les arbres
- du parallélisme des arbres et leur géométrie(circularité, cylindricité, rectitude des génératrices...)
- de la rigidité de l’ensemble sous charge(arbres et douilles)
b - Montage des arbres
- Les arbres sont trempés, rectifiés et calibrés à (h6) ou (h7).
- Les arbres peuvent être montés sur des paliers individuels (un à chaque extrémité). Cependant, il faut limiter la flèche maximale des arbres longs chargés radialement de façon importante. Pour cela, on utilise des arbres montés sur un support continu et des douilles «ouvertes».
ISAT/CM/2A/Glissières
ISAT/CM/2A/Glissières
c - Montage des douilles
- Les douilles des séries dites « économiques» sont montées serrées dans leur logement (H7) et sur un arbre usiné à h6. Le jeu interne radial résiduel est dans ce cas de l’ordre de 19 à 22 µm.
- Si l’on veut ajuster au mieux, et selon les impératifs de la construction réalisée, le jeu interne radial, on utilise une douille fendue qui permet le choix
Douilles fermées:
ISAT/CM/2A/Glissières
utilise une douille fendue qui permet le choix d’ajustement de l’alésage de la douille de type (H6, J6, K6, M6).
Douilles ouvertes:
- mêmes ajustements.- Outre les arrêts axiaux, ces douilles doivent être arrêtées en rotation.(vis à téton, plaquettes....)
IV.43 Durée de vie
LC
P=
3
en 105 m avec : - C charge de base dynamique en N (cf catalogue)
- P Charge équivalente en N
avec : - H course en m - nosc fréquence de mouvement de va et vient en mn-1
LH n
C
Posc=
8333
en h
billes
ISAT/CM/2A/Glissières
de va et vient en mn
La charge équivalente P est égale à la charge radiale qui peut être corrigée en fonction :
- de la dureté du guidage- de la rectitude et du parallélisme des arbres.- de l’orientation de la charge radiale par rapport aux rangées de billes.- du moment M : son existence réduit la capacité de charge possible.- du graissage...
IV.44 Exemples d’application
• Porte broche de polissage d’une machine destinée à travailler la pierre.
• Table à mouvements croisés pour appareil de contrôle
ISAT/CM/2A/Glissières
IV.5 Guidages sur galets
IV.51 Nombre et disposition des galets
- D’un point de vue mécanique, il faut 5 galets pour réaliser la liaison glissière
- Suivant la direction des efforts, il est souvent utile de prévoir des galets
ISAT/CM/2A/Glissières
souvent utile de prévoir des galets supplémentaires qui devront permettre un réglage du jeu.
IV.52 Montage des galets
- Les galets sont montés «fous» sur leur axes, en chape ou en porte à faux.
ISAT/CM/2A/Glissières
- Les galets sont facilement rendus réglables en position en interposant entre l’axe et la pièce support une bague excentrée. Ceci permet le réglage du jeu coulisseau-glissière.
IV.53 Guidages sur galets standards
a - Caractéristiques - exemples
Exemple: guidage linéaire SKF - Speedi Roll
Vitesse linéaire : jusqu’à 10 m/sPrécision : 0.05 mm/mlongueur de guidage : illimitée
ISAT/CM/2A/Glissières
b - Durée de vie
LC
P=
3
en 105 m
avec : - H course en m - nosc fréquence de mouvement de va et vient en mn-1
LH n
C
Posc=
8333
en h
billes
La charge équivalente P est égale à la charge F appliquée sur la glissière corrigée en fonction de
avec : - C charge de base dynamique en N (cf catalogue)
- P Charge équivalente en N
ISAT/CM/2A/Glissières
La charge équivalente P est égale à la charge F appliquée sur la glissière corrigée en fonction de son orientation et divisée par le nombre de galets n .
PF
n fl= .
Caractéristiques de chaque famille de solutions
Contact directInterposition d’éléments antifriction
Interposition d’éléments roulants
PrécisionMoyenne
Dégradation par usure
Moyenne Elevée
Performances (vitesses, cadences,
rendements)
FaiblesModérées Elevées
Coefficient de frottement dans la
Elevé : 0,05 à 0,2 Broutage à faible Moyen / Faible
Très faible : 0,001 à 0,005
Efforts de manœuvre
ISAT/CM/2A/Glissières
frottement dans la liaison
Broutage à faible vitesse (stick slip)
Moyen / FaibleEfforts de manœuvre
réduits
Intensité des actions
mécaniques supportées
Faibles Modérées Elevées
LubrificationNécessaire (importante)
AutolubrifiantAu montage (faible)Inexistante (galet)
Coût Faible Moyen Elevé
JeuJeu mini
nécessaire au fonctionnement
Jeu mini nécessaire au
fonctionnement
Fonctionnement sans jeu
ISAT/CM/2A/Glissières
ISAT/CM/2A/Glissières
ISAT/CM/2A/Glissières
ISAT/CM/2A/Glissières
ISAT/CM/2A/Glissières
ISAT/CM/2A/Glissières
ISAT/CM/2A/Glissières
ISAT/CM/2A/Glissières
ISAT/CM/2A/Glissières
ISAT/CM/2A/Glissières