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Lycée Vauvenargues PTSI 1/8
Technologie des liaisons mécaniques Etude des liaisons encastrement, glissière et pivot
1 Approche globale d’une liaison mécanique
Une liaison mécanique est un agencement entre différentes pièces et/ou composants commerce dans le but d’interdire ou autoriser certains mouvements spécifiques (rotations ou translations).
Il existe de nombreuses solutions technologiques pour réaliser une liaison. Le choix va dépendre d’une multitude de critères : Encombrement, intensité des mouvements, des actions mécaniques, contexte physico-chimique, nombre d’exemplaires, durée de vie, condition de fonctionnement, maintenance, contexte économique, …
Un bon choix de solution technique nécessite :
De bien maitriser le contexte d’étude
De connaitre les mises en position types
De connaitre une banque de solutions techniques types
De pouvoir valider techniquement une solution
Les pages qui suivent sont une aide pour aborder les 3 derniers points.
2 Fonctions techniques réalisées par une liaison
2.1 Les différentes fonctions techniques
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2.2 Fonction technique de mise en position
Les mises en position sont généralement réalisées par obstacle (appui plan, centrage, épaulement, clavette, cannelures…). Le maintien en position peut être réalisé par obstacle (écrou + rondelle, anneaux élastiques, clavette…) ou par adhérence (vis de serrage, emmanchement conique…). On peut les classer de la manière suivante :
Exemple pour une liaison encastrement :
req [modèle] Data[Mise en position liaison encastrement]
« Requirement »
Mise en position
Id =’’1.1’’ Text = ’’Positionner’’
<<refine>>
« Block »
Appui planAppui linéaire
Butée translation
« Requirement » Caractéristiques
Id =’’1.11’’ Text = ’Assurer une certaine précision, répétabilité, stabilité, etc…’’
<<satisfy>>
« Requirement »
Modèles de mise en position isostatique
Id =’’1.12’’ Text = ’’Associer différentes surfaces de contact’’
<<satisfy>>
<<satisfy>>
« Block »
Appui planCentrage courtButée rotation
« Block »
Centrage longButée translation
Butée rotation
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Exemple pour une liaison glissière :
FP : réaliser le guidage en translation entre deux pièces en supportant les actions mécaniques.
req [modèle] Data[Mise en position liaison glissière]
« Requirement »
Mise en position
Id =’’1.1’’ Text = ’’Guider en translation’’
<<refine>>
« Block »
Isostatique:Appui plan
Appui linéaire
« Requirement » Caractéristiques
Id =’’1.11’’ Text = ’Assurer une certaine précision, répétabilité, stabilité, rendement, etc…’’
<<satisfy>>
« Requirement »
Modèles de mise en position
Id =’’1.12’’ Text = ’’ ’Associer différentes surfaces de contact ’’
<<satisfy>><<satisfy>>
« Block »
Hyperstatique2 Centrages longs
en parallèle
« Block »
IsostatiqueCentrage longButée rotation
<<satisfy>>
« Block »
Eléments roulants
Id =’’1.111’’ Text = ’Améliorer le rendement par interposition d’éléments roulants…’’
clavette montée serrée dans l’arbre
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Exemple pour une liaison pivot :
FP : réaliser le guidage en rotation entre deux pièces en supportant les actions mécaniques.
req [modèle] Data[Mise en position liaison pivot]
« Requirement »
Mise en position
Id =’’1.1’’ Text = ’’Guider en rotation’’
<<refine>>
« Block »
Isostatique:Appui plan
Centrage court
« Requirement » Caractéristiques
Id =’’1.11’’ Text = ’Assurer une certaine précision, répétabilité, stabilité, rendement, etc…’’
<<satisfy>>
« Requirement »
Modèles de mise en position
Id =’’1.12’’ Text = ’’ ’Associer différentes surfaces de contact ’’
<<satisfy>>
<<satisfy>>« Block »
IsostatiqueRotule + linéaire
annulaire
« Block »
IsostatiqueCentrage long
Butée translation
<<satisfy>>
« Block »
Eléments roulants
Id =’’1.111’’ Text = ’Améliorer le rendement par interposition d’éléments roulants’’
« Block »
Paliers lisses
Id =’’1.111’’ Text = ’Améliorer le rendement par interposition de bagues de glissement’’
Le contact direct précédent est remplacé par un contact avec coussinet, avec ou sans collerette, afin de diminuer les pertes par frottement.
Les matériaux de ces paliers (bronze, étain, PTFE ou téflon) présentent de bonnes qualités frottantes avec l’acier. Les coussinets peuvent être utilisés à sec ou avec lubrification selon les applications.
Voir cours spécifique : Montage des roulements
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D’autres solutions, plus couteuses que l’interposition d’éléments roulants, existent, comme les paliers magnétiques ou des paliers hydrodynamiques. Les problématiques de mise en position sont les mêmes que pour les solutions plus classiques. Paliers hydrodynamiques : Les paliers hydrodynamiques ressemblent aux coussinets. La principale différence est qu’il n’y a jamais contact entre l’arbre et le palier en fonctionnement normal. Un film d’huile (régime hydrodynamique) sépare en permanence les deux surfaces respectives. Les performances (vitesse de rotation, durée de vie) de la liaison pivot réalisée sont meilleures.
Paliers magnétiques : Il n’y a là aussi jamais contact entre l’arbre et le palier en fonctionnement normal. Un champ magnétique sépare en permanence les deux surfaces respectives. Les performances (vitesse de rotation, durée de vie) de la liaison pivot réalisée sont meilleures. Ci-contre, la mise en position est de type : « Appui Plan + Centrage Court »
canaux d’arrivée
canal d’arrivée
Il est nécessaire de prévoir des canaux d’arrivée, des rainures de lubrification et l’étanchéité associée.
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2.3 Fonction technique de maintien en position
Le maintien en position dépend entre autre des critères de montage-démontage et absence ou non de jeu entre les pièces à maintenir en position.
Pour certaines liaisons encastrement, la mise en position doit présenter certains réglages, et on vient assurer la fonction maintien par adhérence. Voici quelques dispositifs :
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3 Validation d’une solution technologique
Ce critère consiste à déterminer, à partir des actions mécaniques, la pression de contact au niveau des surfaces de contact. Des hypothèses de répartition de pression sont nécessaires à ce niveau là. Pour éviter tout matage (déformation locale permanente d’un matériau due à une pression de contact trop élevée), il faut respecter la condition suivante :
Pcontact maxi < Padmissible matériau
Padmissible matériau dépend entre autre du matériau, des conditions
de fonctionnement, d’un éventuel mouvement. Des tableaux sont donnés pour les différents cas de figure. Ex . pour une clavette :
req [modèle] Data[Actions mécaniques]
« Requirement »
Choix matériaux
Id =’’1.31’’ Text = ’’ Choisir un matériau en adéquation avec le procédé de fabrication, les caractéristiques physiques, mécaniques, le contexte économique…
<<satisfy>>« Block »
Cours matériauxCours process fabrication
Logiciel CES4
« Requirement »
Validation solution
Id =’’1.32’’ Text = ‘’Valider une solution à partir de critères bien choisis ’’
« Requirement »
Actions mécaniques
Id =’’1.3’’
Text = ’’Supporter des actions mécaniques’’
<<satisfy>>
« Block »
Critère :Pression de contact
<<refine>>
<<refine>>
<<satisfy>>
« Block »
Critère :Cisaillement
Le cisaillement est la sollicitation existant à l’intérieur de la matière lorsque l’effort est perpendiculaire à la direction longitudinale de la pièce (voir cours RDM 2ème année). De manière analogue à la contrainte de traction, la contrainte de cisaillement vaut :
τ = F / S en MPa où S est la surface totale cisaillée.
Le critère de résistance mécanique s’exprime par :
τMAX < Rpg
où Rpg est la limite pratique au glissement en MPa.
Pour les aciers : Rpg ≈ 0,7. Re
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Application 1 : dimensionnement d’une clavette :
Soit C le couple à transmettre par l’intermédiaire de la liaison. Pour un diamètre donné Ø de l’arbre, la section de la clavette (largeur b, hauteur h) est fixée. Il reste à déterminer sa longueur L par un critère au matage.
où Su est la surface utile de la clavette ( u utileS L h ) et / 2utileh h
Remarque : si le résultat du critère de matage donne 1,75L , la clavette sera remplacée par des cannelures.
Le dimensionnement des cannelures suit également le critère de matage.
Application 2 : dimensionnement d’un coussinet :
1 - vitesse relative de glissement V entre l’arbre et le coussinet
. MAXV R V avec la vitesse de rotation de l’arbre (en rad/s) et R le rayon de l’arbre.
Ce paramètre est important. La limite préconisée par le fabricant MAXV ne doit
pas être dépassée.
2 - pression diamétrale
Ce modèle suffit pour la plupart des applications à faible vitesse de glissement (310 /V m s ). Il consiste à déterminer la pression moyenne qui s’exerce sur la
surface projetée du coussinet.
p intS L
MAX
p
Fp p
S
Critère : p < MAXp donnée par le fabricant.
3 - critère .pV
Respecter la vitesse limite MAXV d’une part et la pression admissible MAXp d’autre part peut être insuffisant. Il peut exister des
combinaisons de vitesse et de pression pour lesquelles le coussinet s’échauffe de manière critique.
Hypothèses : - géo. parfaites, - pression uniforme (charge au
centre géométrique du palier).
limite du critère .pV limite MAXp
limite MAXV
La plupart des fabricants proposent donc des limites sous forme d’abaques ou de graphiques
liés au critère .pV (pression vitesse).
I : zone d’utilisation,
II : zone quasi-statique, critère .pV utilisable
avec restriction, III : zone d’application possible avec une bonne lubrification, consulter le fournisseur.
F
C
C connu
C = F. φ/2
d’où F
p = F / Su
Hyp. p uniforme
p < padm
D’où L
![Analyse longitudinale de la cithare amplifiée · 215 Analyse longitudinale de la cithare amplifiée Manuela Filippa [fini] Pour effectuer l'analyse longitudinale des explorations](https://img.pdfslide.fr/doc/110x75/606abde341f0e9093e51f7fa/analyse-longitudinale-de-la-cithare-amplifie-215-analyse-longitudinale-de-la-cithare.jpg)
