moment moyen : clavette longitudinale.

Les fonctions mécaniques : les liaisons
LES LIAISONS ENTRE SOLIDES
Comment poser le problème ?
Plusieurs critères vont permettre de définir une liaison entre deux solides :
Liaison complète ou partielle
Des considérations de fabrication économique, de montage, de transport
conduisent parfois à fractionner un organe machine en plusieurs morceaux. Pour
reconstituer l'organe, il faudra prévoir l'immobilisation complète de ces différents
morceaux. Cet assemblage s'appelle liaison complète. On pourra même
éventuellement prévoir un système de positionnement des différentes parties avant
d'assurer la liaison complète.
Lors d'une transmission de mouvement à l'intérieur d'un mécanisme, il est
nécessaire d'avoir des mouvements relatifs entre les organes. L'assemblage des
différents organes doit tenir compte du mouvement relatif des différentes pièces. Cet
assemblage s'appelle liaison partielle.
Liaison permanente ou démontable
Si lors d'un démontage il faut détruire ou détériorer une pièce de l'assemblage,
la liaison est dite permanente.
Dans le cas contraire, elle est dite démontable.
Liaison élastique ou rigide
Si l'assemblage autorise un déplacement limité, sans glissement relatif des
surfaces de contact, la liaison est dite élastique.
Dans le cas contraire, elle est dite rigide.
Notions de degrés de liberté
Définition des six degrés de liberté
On appelle degré de liberté un mouvement relatif possible entre deux solides,
suivant un axe donné. Dans un repère cartésien, on peut définir six degrés de liberté : 3
translations, 3 rotations.
Tout mouvement complexe dans l'espace pourra se ramener à une combinaison
de ces degrés de liberté.
Définition de la liaison
Réaliser une liaison entre deux solides consiste à supprimer un ou plusieurs
degrés de liberté. Lorsque tous les degrés de liberté sont supprimés, la liaison est
complète.
Schématisation des liaisons élémentaires Voir manuel.
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Les fonctions mécaniques : les liaisons
Différents aspects d'une liaison
Toute liaison peut présenter deux aspects
L'aspect cinématique caractérise la liaison par la nature des mouvements permis
entre deux pièces. Lorsque la liaison est partielle, la nature des mouvements permis
caractérise la liaison du point de vue cinématique.
L'aspect statique ou dynamique des liaisons les caractérise par les efforts
transmissibles ; Le caractère statique si les solides sont au repos ou animés d'un mouvement à
vitesse constante, le caractère dynamique si les solides sont en mouvement à vitesse variable.
Réalisation technologique des liaisons
Les moyens de production économique conduisent à retenir deux familles de solutions
correspondant aux surfaces générées sur machines outils.
Les liaisons à base de surfaces planes
Réalisation des surfaces de liaison
L'appui plan théorique entre deux solides ne peut être obtenu que par un
contact réalisé suivant trois points non alignés (définition du plan). Cette
théorie est rarement retenue à cause des actions au niveau des contacts qui
provoquent des pressions infinies et par conséquent des déformations.
Suivant le degré de précision souhaité et l'importance des efforts à
transmettre, l'étendue et la géométrie des surfaces de contact se rapprocheront
plus ou moins de la solution théorique. La précision du positionnement plan
étant liée à la distance et à la position relative des points déterminant le plan, il
est intéressant d'évider les surfaces de contact. (bâti d'unité d'usinage).
Maintien du contact
Il est généralement assuré par une action normale aux surfaces de
contact. (bâti d'unité d'usinage et support orientable) .
Les différentes liaisons planes
-
-
-
Appui plan défini par deux bandes parallèles (bâti d'unité d'usinage),
Appui plan défini par une couronne d'appui et mise en position par rapport à une
droite perpendiculaire au plan de contact (support orientable). Le maintien en
position est assuré par l'action centrale du goujon.
Appui plan par deux bandes et position par rapport à une droite du plan (semelle
de support). La position est assurée par des lardons ajustés dans une rainure de la
table. Le maintien est assuré par des boulons.
Appui plan et mise en position complète : utilisation de pieds de centrage. (boîte
de vitesse)
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Les fonctions mécaniques : les liaisons
Exemples de liaisons à base de surfaces planes
Les liaisons à base de surfaces de révolution
Il s'agit des surfaces cylindriques, coniques et sphériques.
La liaison rotule : l'attache caravane
Recherche d'un positionnement axial
La mise en position axiale d'un axe est assurée par deux liaisons annulaires soit
4 points (degrés de liberté).
La pénétration cylindrique est la plus répandue pour sa facilité de réalisation
(commande de broche). La précision dépendra de :
- la distance entre les portées,
- la géométrie des surfaces,
- le jeu dans la liaison.
La pénétration conique élimine le jeu entre les deux éléments et assure un
positionnement axial plus précis (montage de meule) .
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Les fonctions mécaniques : les liaisons
Recherche d'un positionnement longitudinal
La pénétration conique assure un positionnement axial précis mais une mise en
position longitudinale incertaine.
La pénétration cylindrique peut être réalisée facilement par un épaulement
(coussinet du palier) ou par une liaison ponctuelle (arbre du palier).
Maintien en position longitudinale
-
liaison avec serrage : elle se suffit à elle-même,
utilisation d'un organe de liaison dont le choix dépend des efforts à équilibrer, du
jeu longitudinal admissible.
• écrou freiné ou non (poulie folle) : facilité de réalisation, serrage efficace
mais encombrement important,
• vis d'assemblage : encombrement réduit mais freinage difficile,
• anneau élastique (montage d'un pignon) : charge faible et jeu axial
nécessaire au montage,
• goupille cylindrique fendue : simple, montage rapide, aucune précision sur
le positionnement (montage de roues de chariot).
Recherche d'un positionnement angulaire
Il supprime la liberté en rotation dans la liaison par pénétration cylindrique ou
conique. La solution dépend de l'intensité des efforts à reprendre et de la précision sur
la position angulaire souhaitée. Il assure la transmission d'un moment.
- moment important : cannelures, dentelures
- moment moyen : clavette longitudinale
- moment faible : goupille cylindrique ou conique, vis d'arrêt, vis de pression.
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Les fonctions mécaniques : les liaisons
Composants assurant la fonction liaison
Les goupilles
La liaison assurée : C'est un élément d'arrêt en rotation d'un arbre avec un
moyeu (poulie, roue dentée) pour transmettre des errions (couple). Elle peut aussi être
utilisée en élément de position ou de centrage.
Caractéristiques des liaisons
-
assemblage simple et économique
couple modéré
éléments de sécurité en cas de surcharge
-
le trou de perçage amène des concentrations de contraintes dans l'arbre
mais
Montage d'une goupille :
Les différentes goupilles
la goupille élastique
la goupille de positionnement cylindrique
diamètre goupille > diamètre trou
montage très facile
si les efforts de cisaillement sont
importants, elles peuvent être couplées
par deux, l'une dans l'autre
pied de positionnement
pied de centrage
assure la mise en position
ou le centrage entre deux pièces
la goupille conique d'arrêt
la goupille cannelée
La forme conique assure le "coincement"
de la goupille dans un alésage conique
obtenu par alésoir.
Goupillage obtenu par 3 cannelures
à 120° débordant du diamètre nominal
et assurant une déformation élastique
la goupille fendue cylindrique en V
l'épingle d'arrêt et la goupille cavalier
Elle ne peut travailler au cisaillement
(utilisation avec un écrou HK)
ne peuvent travailler au cisaillement
assurent un arrêt en translation
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Les fonctions mécaniques : les liaisons
Les clavettes
La clavette parallèle
La clavette disque
simple et économique
couple transmissible plus élevé
que celui transmis par une goupille
utilisable en organe de sécurité
mais
affaiblissement de l'arbre par la rainure
facilité d'usinage de la rainure
utilisée pour les petits diamètres
couple faible
arbre souvent conique
mais
affaiblissement de l'arbre
Les axes dentelés
Ils assurent le calage angulaire d'un organe de commande dans plusieurs positions.
L'immobilisation sera obtenu par pincement ou goupillage (axe de volant, robinetterie).
Les cannelures
Les cannelures à flans parallèles
Les cannelures à développante de cercle
relativement simples à réaliser
surtout utilisées pour les petites séries
couple important transmis
mais
pas de grandes fréquences de rotation
plus grande fréquences de rotation
moins bruyantes
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Les fonctions mécaniques : les liaisons
Le circlips intérieur et extérieur
L'anneau d'arrêt
pour diamètres allant de 3 à 1 000 mm
supportent des efforts axiaux importants
adaptés aux grandes fréquences de rotation
intercaler une rondelle si les efforts
axiaux sont importants
recommandés pour les roulements
ou toutes pièces chanfreinées.
non adapté aux fréquences de rotation élevées
résiste moins bien aux efforts axiaux
L'anneau de serrage
pour des efforts axiaux modérés
montage basé sur le principe de l'arc-boutement
pratiquement indémontable
Le soudage : Recommandations et suggestions
- mettre le cordon dans les plans neutres et les disposer symétriquement pour éviter
les déformations. ne pas oublier le retrait.
- éviter les croisements de cordons
- éviter les angles vifs et les cordons rapprochés
- choisir les cordons en fonction des efforts exercés
- éviter l'usinage des cordons, prévoir des surépaisseurs
- préférer le pliage à la soudure
- préférer le boulonnage au soudage pour les éléments secondaires
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