guidages en rotation

Formation des enseignants
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LIAISONS ENTRE SOLIDES
GUIDAGES EN ROTATION
1- Guidage en rotation par contact direct
2- Guidage en rotation par bague de frottement
3- Guidage en rotation par éléments roulants
4- Guidage en rotation sur film d'huile
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1- Guidage en rotation par contact direct
Aspect technique:
C'est la solution la plus simple, mais la plus rudimentaire. Les deux éléments sont directement en
contact.
La qualité de la liaison dépend:
- des matériaux en contact (coefficient de frottement, lubrification)
- du choix de l'ajustement entre les pièces (jeu)
- de la qualité de fabrication (rugosité, géométrie)
Ajustement généralement préconisé: glissant juste, du type H7 g6
Exemple: Robotino FESTO
Le robot se déplace grâce à un système de roues appelé
"roues suédoises"
Une roue est composée d'un flasque et de 6 galets qui
assurent une liaison ponctuelle continue avec le sol.
La faible vitesse de déplacement permet d'opter pour un
contact direct pour le guidage en rotation du galet.
Rotation:
- contact surfacique cylindrique
Arrêts en translation:
- appuis axiaux sur le flasque
Remarque:
- ce type de montage est appelé "montage en chape" du galet.
Avantages:
- simplicité du mécanisme (nombre de pièces réduit)
- prix de revient
Inconvénients
- mécaniquement peu performant (frottements; usure; vitesse de rotation réduite)
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• Aspect technologique, modélisation
L
D
Lors de la modélisation d'un contact surfacique
cylindrique, il est important de prendre en compte le
rapport entre L (longueur du contact) et D (diamètre)
pour déterminer la liaison correspondante
(L/D) < 0,5
0,5 < (L/D) <1
Liaison linéaire annulaire
(L/D) > 1
Liaison pivot glissant
Le choix est laissé au
concepteur.
Généralement, dans une étude
statique, on choisit la solution la
moins contraignante (pour limiter
le nombre d'inconnues), en
cinématique on préfère la plus
contraignante (plus d'équations
pour résoudre
Liaison rotule
(si translation impossible)
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Liaison pivot
(si translation impossible)
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2- Guidage en rotation par bague de frottement
Aspect technique:
On interpose entre les deux éléments en rotation une bague de frottements
Son but est de réduire les pertes par frottements lors du fonctionnement
On trouve différents types de bagues selon les cas d'utilisation.
- bagues en bronze ou en laiton (cas ci-contre)
- bagues polymères
- bagues auto-lubrifiées
Exemple: Moteur d'essuie glace
L'utilisation de bagues de frottements nécessite
des conditions de montages particulières normalisées
où définies par les constructeurs.
(voir exemple des coussinets frittés)
Elles peuvent supporter des charges et
des vitesses de fonctionnement modérées
Avantages:
- simplicité de mise en œuvre
crédit image: www.xr6805.fr
- guidage précis
- prix de revient
Inconvénients
- ne convient pas pour les fortes charges
- ne convient pas pour les vitesse de rotation élevées
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• Coussinets frittés. (norme NF E 22-510 - ISO 2795)
Les coussinets sont en bronze fritté à structure poreuse.
Ils sont imprégnés d'huile.
Sous l'effet de la rotation de l'arbre et du jeu existant, l'huile est
aspirée (effet Venturi) et forme un film d'huile entre les pièces.
(Lors de l'arrêt, l'huile regagne les pores du coussinet par
capillarité).
(H7)
d (H7)
D alésage
Données techniques:
– Les tolérances sur les coussinets sont définis par la norme
L
(cf schémas ci contre)
La tolérance préconisée pour l' arbre est:
Etat de surface:
L
Ra ≤ 0,2
Facteur de frottement:
f = tan φ = 0,04 à 0,2
Désignation d'un coussinet: (exemple)
(H7)
Coussinet à collerette fritté, C d × D × L
d (H8)
–
f7
D alésage
–
e (js 14)
• Elements de calculs.
La société IGUS permet un calcul en ligne de coussinets polymères (ainsi que l'importation de
modèles 3D)
www.igus.fr
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3- Guidage en rotation par éléments roulants
Aspect technique:
On interpose entre les deux éléments en rotation un système à éléments roulants
On en trouve une multitude de types:
- roulements à billes à contact radial, à contact oblique, à une ou deux rangées de billes.
- roulements à rouleaux, à contact radial ou à rouleaux coniques (ces roulements supportent les
charges les plus importantes)
Les roulements nécessitent une lubrification.
Exemple: Micromoteur de voiture radiocommandée
Le montage des roulements à billes est
normalisé.
Il convient de respecter les conditions de
montages données par les constructeurs
- ajustements des éléments (pour éviter le
laminage des bagues par exemple)
- géométrie
- état de surface
crédit image: www.xr6805.fr
Dans le cas du micromoteur, les roulements sont montés serrés sur le vilebrequin (L'arbre est
tournant par rapport à la direction de la charge)
La lubrification est à prévoir, sauf si les roulements sont lubrifiés à vie (des flasques
emprisonnent le lubrifiant à l'intérieur du roulement)
Avantages:
- guidage très précis
- excellent rendement (le frottement est remplacé par de la résistance au roulement)
- convient pour les charges lourdes et les vitesses de rotation très élevées
Inconvénients
- coût
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• Aspect technologique, modélisation
La liaison globale obtenue par deux roulements est en général une liaison pivot.
Si cette modélisation suffit pour une étude cinématique (schéma cinématique), elle est
insuffisante pour une étude d'efforts (un schéma architectural est alors utilisé).
Exemple:
On considère le montage de roulements
ci-contre (montage classique, l'étanchéité n'est
pas abordée pour ne pas surcharger la figure)
Hypothèses:
- l'arbre est chargé (il tourne par rapport à la
direction de la charge)
- les roulements sont montés serrés sur l'arbre
et libres dans l'alésage.
- 4 appuis sur le roulement de grand diamètre
(2 sur l'arbre, 2 dans l'alésage)
- 2 appuis sur le roulement de petit diamètre
(2 sur l'arbre, libre dans l'alésage)
Montage réalisé avec le logiciel PyVot
Comparaison des deux schématisations:
Liaison pivot
Schéma cinématique
Schéma architectural
Le montage des deux roulements ne laissent qu'un - le roulement de gauche est libre dans l'alésage,
seul degrés de liberté en rotation.
on le modélise par une liaison linéaire annulaire
(rotulage interne du roulement)
- le roulement de droite est totalement contraint, il
ne reste que le rotulage interne du roulement, on le
modélise par une liaison rotule.
• Eléments de calculs:
La société SKF permet un calcul en ligne de la durée de vie des roulements.
www.skf.fr
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4- Guidage en rotation sur film d'huile:
Aspect technique:
Un film d'huile sous pression et crée entre les deux pièces en rotation. Les pièces tournent sans
contact direct.
Ce système est utilisé dans le cas de solides en rotation à de très hautes vitesses, mais avec
peu d'effort.
C'est le cas des turbines de
turbocompresseurs (les vitesses de rotation
sont supérieures à 1 10e5 tr/min)
Exemple: turbine de cogénérateur d'énergie
Les brûleur à gaz entraîne une turbine.
A une extrémité, un générateur produit de
l'électricité.
(Ce générateur est refroidit par l'air
entrant).
Les gaz d'échappement passent dans un
échangeur.
Cet échangeur qui permet le chauffage
d'eau par exemple
Avantages:
- guidage très précis
- excellent rendement (contact visqueux)
- convient pour les vitesses de rotation très élevées
Inconvénients
- coût
- complexité de mise en œuvre
Crédits logiciels:
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Maquettes virtuelles: Solidworks 2006
Schémas - illustrations: OpenOffice.org 3
- ne supporte pas les efforts
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