Fiche de cours n°9a - lycee-polyvalent-elorn...

professeur : J-Y Loussouarn

Sciences de l’Ingénieur

1 – Bases

Tout a commencé quand on a voulu déplacer des objets lourds. Ne pouvant les porter, on les tirait! Sur certains terrains, on améliorait le glissement par des rails.

L'ajout d'huile améliora aussi le déplacement...

... viennent ensuite, les rondins de bois. On avait alors découvert tous les principes d'une bonne liaison pivot.

Essayons de bien comprendre la révolution du roulement! :En déplaçant la pierre, elle frotte sur la planche, avec une perte d'énergie importante. Avec des rondins, il n'y a plus de frottement : ça roule.

Cours n°9a : Guidage par roulements page 1

Fiche de cours n°9a :Guidage par roulements

B Fonctions du produit

Transmettre l'énergieB2

B21 Les liaisons mécaniques

Diminution des frottements en changeant les matériaux en contact.

Lubrification par huile ou graisse.

Découverte du roulement, supprimant ainsi, les frottemnts.

Ça frotteÇa roule

2 – Les pertes énergétiques

2-1 Cas du frottement

Le solide 1 est en mouvement par rapport au sol 0 à la vitesse V1/0.P correspond au poids total du solide 1.N et T sont les composantes de la force résultante de l'action mécanique transmise par le sol 0 sur le solide 1.F correspond à l'action mécanique neccessaire pour faire avancer le solide 1.

Loi de frottement: T ≤ N.f

Prenons un exemple:

P = 50 daNf = 0,2 (acier/acier)V1/0 = 2 m/s (7,2 km/h)le principe fondamental de la statique (déplacement à vitesse constante) permet de dire que N = P et que F = T.Alors, dans le pire des cas : F = P . f

F = 50 x 0,2 = 10 daNLa puissance nécessaire pour faire avancer le solide 1 est :

P = F.VP = 100 x 2 = 200 Watts

2-2 Cas du roulement

On suppose qu'il y a une résistance au roulement uniquement entre le sol 0 et les éléments roulants.La résistance au roulement dépend principalement de la dimension L de la surface de contact avec le sol.

On suppose que F ≈ P.L/2r

avec L/2r ≈ 0,01 dans le cas d'un roulement à bille.

Alors, dans ce cas: F = 0,01P

F = 50 x 0,01 = 0,5 daN

La puissance nécessaire pour faire avancer le solide 1 est :P = F . VP = 5 x 2 = 10 Watts


V1/0P

FN

T

1

0

V1/0

1

0

r

F

4

4

F

PP

F

4

4

N4

T4

3 – La liaison pivot

3-1 Liaison pivot simple

Pour une liaison pivot, il nous faut un axe et une roue.Cette solution peut présenter un inconvénient majeur : le frottement sec entre les matériaux peut engendrer des pertes énergétiques importantes mais ce n'est pas toujours le cas. Cela dépend du coefficient de frottement entre les matériaux.

3-2 Liaison pivot par coussinet

On peut améliorer la liaison en changeant la nature des matériaux en contact. En insérant un coussinet en bronze ou en téflon.Un coussinet est un simple morceau de cylindre en général il est dessiné en coupe.

Autres montages et cotes importantes :

Montage 1 :

Montage 2 :


Roue

Axe

Coussinet

Longueur de guidage

Dia

mèt

re in

térie

ur

Dia

mèt

re e

xtér

ieur

Coussinet à collerette

Coussinet (simple)

Roue(moyeu)Axe

(Arbre)

3-3 Liaison pivot par roulement

On peut améliorer encore avec le principe du roulement en plaçant des roulements à billes.

Cotes importantes :

Arret en translation :

Une liaison pivot guide en rotation et doit aussi arrêter la translation due à un effort axial. Une suite d'obstacles arrête cette translation :

● Epaulement de l'axe 1 sur la bague intérieure du roulement de gauche● Bague intérieure de gauche sur les billes● Billes sur bague extérieure du roulement de gauche● Bague extérieure du roulement de gauche sur épaulement de la roue 0.


Longueur de guidage

Dia

mèt

re in

térie

urLongueur de guidage

Dia

mèt

re e

xtér

ieur

RoueAxe

Roulement

Effort

axial

Effort axial

0

1

0

1

pour une raison de montage et démontage possible, d'autres solutions techniques sont utilisées comme obstacle. (anneau élastique, écrou à encoches...)

4 – Les roulements :

4-1 Composition d'un roulement:1 : Bague extérieure, liée à l’alésage (logement du

roulement)

2 : Bague intérieure, liée à l’arbre

3 : Cage, assure le maintien des éléments roulants

4 : Eléments roulants, situés entre les deux bagues :

4-2 Types de charge supportees par les roulements :


43

2

1

Charge ………………. Charge ………………. Charge ……………….

Effort axial

Anneaux élastiques

4-3 Les principaux types de roulements à billes et à rouleaux :

Type de roulementReprésentation

Aptitude à la

charge

Normale ConventionnelleRadiale

Axiale

Aptitude

à la

vitesse

Remarques

Utilisations

Roulement à

billes à contact

radial

+++ ++ +++

Le plus utilisé.Très économique.Existe en plusieurs variantes (Etanche, avec rainure et segment d’arrêt …)

Roulement à

une ou deux

rangées de

billes à contact

oblique

+++ +++ ++

Les roulements à une rangée de billes doivent être montés par paire. Avec une rangée de billes, la charge ne peut être appliquée que d’un côté.

Roulement à

deux rangées

de billes à

rotule

+++ + ++

Il se monte par paire. Il est utilisé lorsque l’alignement des paliers est difficile ou dans le cas d’arbre de grande longueur pouvant fléchir sensiblement.

Roulement à

rouleaux

cylindriques

++++ 0 +++

Il supporte des grandes charges radiales. Les bagues sont séparables, facilitant le montage.

Roulement à

rouleaux

coniques

++++ +++ ++

Il se monte par paire et en opposition. Les bagues sont séparables, facilitant le montage.

Légende : ++++ : Très élevé +++ : Elevé ++ : Modéré + : Passable 0 : Nul


4-4 Règles de montage des roulements :

Avec un jeu de montage, quand un roulement est mis en charge, la bague qui tourne par rapport à la direction de la charge roule sur son logement ou son arbre , il y a décollement de la couche d'oxydation. Les particules d'oxydes de fer (ou d'aluminium dans le cas de carter en alu) très abrasives viennent user l'arbre ou l'alésage d'ou destruction rapide par prise de jeu:Ce phénomène est appelé corrosion sous charge.


Choix des tolérances de montage :


2nd cas : ALESAGE (moyeu) TOURNANT par rapport à la charge

1er cas : ARBRE TOURNANT par rapport à la charge

4-5 Montage des roulements a billes a contact radial :

• Ajustements :

- Les bagues intérieures tournantes sont montées ………………..……… :

Tolérance de l’arbre : .……

- Les bagues extérieures fixes sont montées ………………..……… :

Tolérance de l’alésage : .……

• Arrêts axiaux des bagues :

- Les bagues intérieures montées sérrées sont arrêtées en translation par quatre obstacles : ………………..….

- Les bagues extérieures montées glissantes sont arrêtées en translation par deux obstacles : ………………..…...

• Ajustements :

- Les bagues intérieures fixes sont montées ………………..……… :


- Les bagues extérieures tournantes sont montées ………………..……… :


• Arrêts axiaux des bagues :

- Les bagues intérieures montées glissantes sont arrêtées en translation par deux obstacles : ………………..…...

- Les bagues extérieures montées sérrées sont arrêtées en translation par quatre obstacles : ………………..….


4-6 Application : Touret a meuler

L’arbre porte-meule (2) est guidé en rotation par deux roulements (3) et (4). Répondre aux questions suivantes :

a) Colorier l’ensemble des pièces en rotationb) De quel type de roulement s’agit-il ? ……………………………………………………………….c) Est-ce un montage à arbre ou à alésage tournant ? …………………………...…………………...d) Quelles sont les bagues montées serrées (extérieures ou intérieures) ?

……………………………………….e) Identifier les obstacles arrêtant ces bagues axialement (A, B, C, D, E, F, G, H) : …………….……f) La bague intérieure du roulement (4) est liée indirectement en translation avec l’arbre (2), à

gauche en G, à droite en H. Etablir sur le diagramme ci-dessous, la suite des contacts entre la bague intérieure et l’arbre (2) :

g) Les bagues extérieures sont-elles montées avec jeu ou avec serrage ? ……………….……………h) Identifier les obstacles arrêtant ces bagues axialement (A, B, C, D, E, F, G, H) : …………….……i) La bague extérieure du roulement (3) est-elle liée en translation avec le bâti (1) (OUI ou NON) ?

………………j) Donner la tolérance des portées des bagues intérieures situées sur l’arbre : …….…….……..….…k) Donner la tolérance des portées des bagues extérieures situées sur l’alésage : …….…….………..l) Coter les portées de roulement sur l’arbre (2)m) Coter les portées de roulement sur les alésages (1) et (8)


(Meule)

Echelle 1:2

Ensemble en rotation

TOURNANT

FIXE

Ajustement ………………………….


∅14

….

∅45

…...

A

A

B

B

C

C

D

D

A

A

B

B

C

C

D

D

FIXE

TOURNANT



∅14

….

∅45

…...

1er cas : ARBRE TOURNANT par rapport à la charge

MONTAGE DIRECT EN « X »

2nd cas : ALESAGE (moyeu) TOURNANT par rapport à la charge

MONTAGE INDIRECT EN « O »

4-7 Montage des roulements a rouleaux coniques :

Ces roulements doivent être montés par paire et en opposition (roulements montés inversés).

Montage appelé en « X » car les perpendiculaires aux chemins de roulement dessinent un « X »

• Ajustements :

- Les bagues intérieures tournantes sont montées ………………..………


- Les bagues extérieures fixes sont montées ………………..………


• Liaisons axiales des bagues :

- Les bagues intérieures avec l’arbre :…………..……………..……..………………

- Les bagues extérieures avec l’alésage :…………..……………..……………..…………………..……………..……………..………

Montage appelé en « O » car les perpendiculaires aux chemins de roulement dessinent un « O »

• Ajustements :

- Les bagues intérieures fixes sont montées ………………..………


- Les bagues extérieures tournantes sont montées ………………..………


• Liaisons axiales des bagues :

- Les bagues intérieures avec l’arbre :…………..……………..……………..…………………..……………..……………..………

- Les bagues extérieures avec l’alésage :

…………..……………..……………..………


4-8 Montage des autres types de roulement :• Pour les roulements à rouleaux cylindriques, les roulements à deux rangées de billes à contact

oblique et les montages mixtes, on applique les mêmes règles de montage que pour les roulements à billes à contact radial (§ 4-5).

• Pour les roulements à une rangée de billes à contact oblique, on applique les mêmes règles de montage que pour les roulements à rouleaux coniques (§ 4-7).

4-9 Application : Roue de remorque ou caravane

La jante d’une roue est fixée sur un ensemble moyeu/tambour de frein (2) . Cet ensemble est guidé en rotation autour de la fusée de l’essieu (1) avec deux roulements (3) et (4) :

a) Colorier l’ensemble des pièces en rotation

b) De quel type de roulement s’agit-il ? ………………………………………………….…………...

c) Est-ce un montage à arbre ou à alésage tournant ? …………………………...……………………

d) Est-ce un montage direct en « X » ou indirect en « O » ? ….………………………………..…….

e) Comment appelle-t-on l’écrou (6) ? ………………………………………………….………….…

f) Quelle est la fonction de la rondelle (7) ? ………………………………………………….……….

g) Choisir une rondelle-frein (7) entre les deux rondelles ci-contre et justifier :

(A) ou (B) : ………………………………………….…….……….………………..…….

h) Les bagues intérieures sont montées serrées ou avec jeu ? ………………………………..……….

i) Donner la tolérance des portées des bagues intérieures situées sur l’arbre : ….……….……..….…

j) Les bagues extérieures sont-elles montées serrées ou avec jeu ? …………………………..…..….

k) Donner la tolérance des portées des bagues extérieures situées sur l’alésage : …..……….………..

l) Quel élément permet de régler axialement le jeu du montage des roulements ? ……….…………

m) Coter les portées de roulement sur la fusée de l’essieu (1)

n) Coter les portées de roulement sur l’ensemble moyeu/tambour de frein (2).


Echelle 3 :4

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