Transport d'un taureau ailéau moyen de rouleaux (- 680 av. J.-C.).INTRODUCTION :Historique: Dès l'Antiquité, l'homme eut à affronter les forces de la nature. Et il s'aperçut bien vite que, pour déplacer de lourdes charges, sa force, ou même celle des animaux qu'il avait domestiqués, était insuffisante. Il contourna la difficulté principale - le frottement des matériaux - en substituant le roulement au frottement de glissement. Deux types de guidage:
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5/14/2018 Construction Liaison Pivot - slidepdf.com
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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.
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S
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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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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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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 S l ti t ti
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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.
Construction d’une liaison pivot
2 Solutions constructives :
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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 :
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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)
Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
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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.
Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
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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- Solutions constructives :
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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- Solutions constructives :
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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)
Construction d’une liaison pivot
2- Solutions constructives :
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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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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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