TECHNOLOGIE DES MECANISMES Solutions constructives ...
13
Cours Construction des systèmes techniques – STS CPI Page 1 TECHNOLOGIE DES MECANISMES Solutions constructives associées aux liaisons : Les liaisons complètes démontables 1. Définition : Une liaison complète est un assemblage d’un couple de pièces liées complètement, c’est-à- dire sans aucun mouvement relatif entre les deux pièces. Cet assemblage de pièces immobiles les unes par rapport aux autres est modélisé en mécanique par une liaison « encastrement » représenté par le symbole ci-dessous 2. Aspect fonctionnel : Une liaison complète entre deux pièces doit répondre aux exigences suivantes : À partir des fonctions techniques précédentes, on peut dresser une liste des principaux critères de choix, comme : La précision de la mise en position Les actions mécaniques transmissibles par la liaison La durée de vie L’encombrement L’esthétique Le coût, etc. Réaliser une liaison complète Positionner une pièce par rapport à l’autre (MIP) Maintenir les pièces en position (MAP) Transmettre les efforts Résister au milieu environnant Fig2-Symbole cinématique d’une liaison encastrement Fig1-Liaison complète permanente (soudage)
Transcript of TECHNOLOGIE DES MECANISMES Solutions constructives ...
Cours Construction des systèmes techniques – STS CPI
Page 1
TECHNOLOGIE DES MECANISMES Solutions constructives associées aux liaisons :
Les liaisons complètes démontables
1. Définition :
Une liaison complète est un assemblage d’un couple de pièces liées complètement, c’est-à-
dire sans aucun mouvement relatif entre les deux pièces.
Cet assemblage de pièces immobiles les unes par rapport aux autres est modélisé en
mécanique par une liaison « encastrement » représenté par le symbole ci-dessous
2. Aspect fonctionnel :
Une liaison complète entre deux pièces doit répondre aux exigences suivantes :
À partir des fonctions techniques précédentes, on peut dresser une liste des principaux
critères de choix, comme :
La précision de la mise en position
Les actions mécaniques transmissibles par la liaison
La durée de vie
L’encombrement
L’esthétique
Le coût, etc.
Réaliser une
liaison complète
Positionner une pièce par rapport à
l’autre (MIP)
Maintenir les pièces en position (MAP)
Transmettre les efforts
Résister au milieu environnant
Fig2-Symbole cinématique
d’une liaison encastrement Fig1-Liaison complète
permanente (soudage)
Cours Construction des systèmes techniques – STS CPI
Page 2
3. Familles de solutions constructives :
3.1. Liaison complète démontable et permanente
On peut classer les solutions constructives en fonction de la possibilité pour l’assemblage,
d’être démonté :
Les liaisons complètes démontables que l’on peut désolidariser sans détérioration ;
Les liaisons complètes permanentes qui ne peuvent pas être désaccouplées sans
destruction des pièces.
3.2. Classement des liaisons complètes démontables
On peut classer les solutions constructives d’une liaison complète démontable à partir de la nature et de l’importance de chaque contact dans la mise en position relative des pièces et cela indépendamment des composants d’assemblages
Pour réaliser une liaison complète, il est nécessaire de supprimer les 6 degrés de liberté
entre les deux pièces afin de garantir la mise en position relative.
Fig3-Liaison complète démontable
entre une poulie et un arbre Fig4-Liaison complète
permanente par rivetage.
Fig5-Famille des solutions
Fig6-Les 6 degrés de liberté
Cours Construction des systèmes techniques – STS CPI
Page 3
À partir des contraintes du cahier des charges fonctionnelles (C.d.C.F.) et de l’exigence
minimale de coût, les 6 degrés de liberté seront supprimés soit :
Par obstacle en associant des surfaces de contact à la surface prépondérante avec
ou sans composants standards (clavette, goupille, etc.) ;
Par adhérence, en utilisant des composants filetés (vis, écrou, etc.) afin de maintenir
réellement le contact entre les pièces.
3.3. Exemples d’une liaison complète démontable entre deux pièces
Les 2 pièces sont solidaires l’une de l’autre sans aucune possibilité de mouvement relatif.
Dans ces deux exemples, la surface prépondérante est une surface plane (la mise en
position est partielle). Il faut donc supprimer les trois mouvements relatifs de translation (𝑇𝑥),
(𝑇𝑧) et de rotation (𝑅𝑦) pour rendre les pièces solidaires.
Les deux assemblages utilisent pour cela deux principes différents : les obstacles et
l’adhérence. Pour l’assemblage de la figure 7, un premier pion de positionnement (4)
supprime par obstacle les translations (𝑇𝑥) et (𝑇𝑧), tandis que le deuxième pion supprime le
dernier mouvement de rotation (𝑅𝑦).
Pour la figure 8, les mouvements relatifs ont été supprimés par adhérence au niveau de la
surface plane, par l’action de serrage entre les pièces exercées par la vis (3).
À partir d’une même surface de contact prépondérante, on supprimera les différents
mouvements relatifs soit par obstacle soit par adhérence en fonction du cahier des charges
fonctionnelles.
On remarquera que la liaison complète de la figure 7 a une mise en position d’une plus
grande précision que la liaison constructive de la figure 8, par l’utilisation des deux pions de
positionnement. Elle permet également de transmettre des efforts plus importants.
Fig7
Fig8
Fig9
Cours Construction des systèmes techniques – STS CPI
Page 4
4. Les liaisons complètes démontables :
4.1. Définition
En construction mécanique, on appelle liaison complète démontable, un assemblage de
pièces permettant de les désolidariser dans destruction
4.2. Principe de construction
L’analyse de la liaison complète entre l’arbre (1) et la poulie (2) suppose un contact maintenu
entre les surfaces afin de permettre d’identifier les mobilités supprimées par chaque contact
et indépendamment des éléments de serrage.
Cette démarche d’analyse peut être utilisée pour toutes les liaisons complètes démontables.
La mise en position est assurée principalement par une surface de contact cylindre (S1) sur
cylindre (S2) entre l’arbre (1) et l’alésage de la poulie (2).
Ce contact cylindrique prépondérant permet de supprimer deux rotations et deux translations
Contact Rotation Translation
Cylindre (S1)/cylindre(S2) Rx Ry Rz Tx Ty Tz
Résultat global Rx Ry Rz Tx Ty Tz
L’association d’un épaulement sur l’arbre (1) permet de supprimer par obstacle le
mouvement de translation 𝑇𝑧 grâce au contact plan (S3) sur plan (S4).
Contact Rotation Translation
Cylindre (S1) / cylindre(S2) Rx Ry Rz Tx Ty Tz
Plan (S3) / plan (S4) Rx Ry Rz Tx Ty Tz
Résultat global Rx Ry Rz Tx Ty Tz
L’insertion d’une clavette (3) permet de supprimer par obstacle le mouvement de rotation 𝑅𝑧,
grâce au contact plan (S5) sur plan (S6).
Cours Construction des systèmes techniques – STS CPI
Page 5
La mise en position de la poulie (2) et de l’arbre (1) est assurée principalement par une
surface cylindrique et l’association de deux contacts plan sur plan. L’ensemble de ces
contacts permet de supprimer toutes les mobilités de l’assemblage.
Le maintien en position est assuré par une rondelle plate (4) et une vis à tête hexagonale (5).
Contact Rotation Translation
Cylindre (S1) / cylindre(S2) Rx Ry Rz Tx Ty Tz
Plan (S3) / plan (S4) Rx Ry Rz Tx Ty Tz
Plan (S7) / plan (S6) Rx Ry Rz Tx Ty Tz
Résultat global Rx Ry Rz Tx Ty Tz
4.3. Familles de solution
Les solutions constructives permettant de réaliser une liaison complète démontable
dépendent de la nature et de l’importance des surfaces de contact utilisées dans la mise en
position des pièces indépendamment des éléments utilisés pour le maintien en position
(éléments de serrage).
On regroupe généralement les solutions constructives à partir de leurs surfaces de contact
principal.
Il n’est pas possible de présenter ici toutes les solutions constructives pour réaliser une
liaison complète, nous présenterons simplement les plus courantes.
4.4. Surface de contact plan
La mise en position entre la pièce (2)
et la pièce (3) est réalisée par une
surface plane prépondérante. Les
mouvements de translation 𝑇𝑥 , 𝑇𝑧 et
de rotation 𝑅𝑦 sont supprimés par
adhérence. La vis, le goujon ou le
boulon assure le maintien en position
des 2 pièces.
Le goujon est un composant d’assemblage destiné à unir
deux pièces. Il est formé d’une tige cylindrique dont les
deux extrémités sont filetées. Le goujon est vissé avec
une goujonneuse à « fond de filet », c’est-à-dire jusqu’au
blocage dans la pièce massive.
1
2
3
2
3
1
1 : vis 1 : goujon 1+4 : boulon
Cours Construction des systèmes techniques – STS CPI
Page 6
La mise en position entre la pièce (1)
et la pièce (2) est réalisée par une
surface plane prépondérante. Les
mouvements de translation 𝑇𝑥 , 𝑇𝑧 et
de rotation 𝑅𝑦 sont supprimés par
obstacle grâce à deux pions de
positionnement (4). La vis (3) assure le
maintien en position des deux pièces.
La mise en position entre la pièce (15)
et la pièce (1) est réalisée par une
surface plane prépondérante. Les
mouvements de translation Tx , Tz sont
supprimés par obstacle grâce au
contact cylindre sur cylindre (centrage
court). Le mouvement de rotation Rx
est supprimé par adhérence. La vis (2)
assure le maintien en position des
deux pièces.
4.5. Surface de contact cylindrique
La mise en position entre la pièce (1) et
la pièce (2) est réalisée par une surface
cylindrique prépondérante. Le
mouvement de translation 𝑇𝑥 est
supprimé par obstacle grâce aux
contacts plan sur plan (épaulement). Le
mouvement de rotation 𝑅𝑥 est supprimé
par obstacle grâce au méplat sur la
pièce (2) et la vis (3). La vis de pression
(3) assure également le maintien en
position. Cette solution n’autorise aucun
réglage en position des deux pièces.
La mise en position entre l’arbre et la
poulie est réalisée par une surface
cylindrique prépondérante. Le
mouvement de translation 𝑇𝑥 est
supprimé par obstacle grâce aux
contacts plan sur plan (épaulement). Le
mouvement de rotation 𝑅𝑥 est supprimé
par obstacle grâce à la clavette.
Le maintien en position est assuré par la
vis et la rondelle. Cette solution
n’autorise aucun réglage en position des
deux pièces.
2
1
4 3
15 1
2
2
Cours Construction des systèmes techniques – STS CPI
Page 7
La clavette est une pièce mécanique, généralement prismatique, placée dans une entaille
réalisée dans un arbre, pour supprimer par obstacle le mouvement relatif radial d’un arbre
dans son logement. Une clavette permet de transmettre un couple plus important que pour
une goupille, cependant les rainures engendrent des concentrations de contraintes qui
affaiblissent l’arbre.
Il existe plusieurs familles de clavette :
Les clavettes parallèles ;
Les clavettes parallèles fixées par vis ;
Les clavettes disques, etc.
Clavette parallèle forme A Clavette parallèle forme B Clavette parallèle forme C
Clavette parallèle fixée par vis Clavette disque
La mise en position entre la pièce (1) et
la pièce (3) est réalisée par une surface
cylindrique prépondérante. Le
mouvement de translation 𝑇𝑥 et de
rotation 𝑅𝑥 sont supprimés par obstacle
grâce à la goupille conique (2).
Cette solution n’autorise aucun réglage
en position des deux pièces.
Les goupilles sont des éléments mécaniques peu couteux et utilisés pour :
Immobiliser deux pièces en contact cylindrique où les mouvements relatifs seront
supprimés radialement et axialement avec une goupille d’arrêt ;
Centrer ou positionner des pièces avec une goupille de positionnement par exemple
dans une articulation ou un centrage.
Les goupilles sont sollicitées le plus souvent au cisaillement. Utilisées comme organe de
sécurité, elles permettent de désaccoupler les pièces par rupture de la goupille lors d’un
incident afin d’éviter toute détérioration du mécanisme.
Le montage d’une goupille est souvent effectué après assemblage et perçage de l’arbre et
de son logement.
Cours Construction des systèmes techniques – STS CPI
Page 8
Principales goupilles utilisées en construction mécanique.
Goupille cylindrique
Goupille conique élastique
Goupille conique
Goupille cannelée
Goupille « cavalier »
Goupille épingle d’axe
La mise en position entre la pièce (1) et
la pièce (2) est réalisée par une surface
cylindrique prépondérante. Le
mouvement de translation 𝑇𝑥 et de
rotation 𝑅𝑥 sont supprimés par
adhérence.
Le boulon (3+4) assure le maintien en
position.
Cette solution permet de régler la
position angulaire et axiale suivant l’axe
𝑧 des deux pièces.
4.6. Surface de contact conique
La mise en position entre la pièce (1) et
la pièce (2) est réalisée par une surface
conique prépondérante. Le
mouvement de rotation 𝑅𝑥 est supprimé
par adhérence.
Le maintien en position est assuré par
l’écrou (3) et la rondelle (4). Cette
solution permet un positionnement
angulaire autour de l’axe �⃗� entre les
deux pièces
La mise en position entre la pièce (1) et
la pièce (2) est réalisée par une surface
conique prépondérante. Le
mouvement de rotation 𝑅𝑥 est supprimé
par obstacle grâce à la clavette (3).
Le maintien en position est assuré par
l’écrou (4) et la rondelle (5). Cette
solution n’autorise aucun réglage en
position des deux pièces.
Cours Construction des systèmes techniques – STS CPI
Page 9
4.8. Cannelures et dentelures
Les cannelures et les dentelures sont des rainures longitudinales régulièrement réparties sur
la circonférence d’une pièce mécanique de révolution. Elles permettent de réaliser un
accouplement avec une pièce complémentaire munie de cannelures analogues. Les
cannelures peuvent être à flanc parallèle ou en développante de cercle. Cette solution
constructive permet de transmettre des couples plus importants qu’avec une clavette.
Les dentelures moins précises que les cannelures
sont généralement utilisés pour les arbres et
moyeux de petit diamètre ; par exemple pour des
petits leviers de commande.
4.9. Arrêts axiaux par obstacle
Pour supprimer le mouvement axial dans une liaison arbre moyeu, on utilise généralement
trois solutions :
Les anneaux élastiques ;
Les segments d’arrêt ;
Les anneaux à arc-boutement.
Les anneaux élastiques sont des pièces mécaniques standards de forme fendue en acier
traité dont l’élasticité permet le montage dans une gorge d’un arbre ou d’un alésage.
Anneau élastique pour alésage
Anneau élastique pour arbre
Les anneaux élastiques à montage radial
Pour les arbres, on peut utiliser les anneaux élastiques à
montage radial qui offrent un obstacle axial d’une plus
grande hauteur mais autorise une charge axiale plus
faible que pour les anneaux élastiques.
Cannelures à flancs parallèles
Cannelures à flancs en développante de cercle
Dentelure sur arbre
Anneau élastique à montage radial
Cours Construction des systèmes techniques – STS CPI
Page 10
Les anneaux d’arrêt à arc-boutement sont montés axialement sur un arbre ou dans un
alésage par déformation de dentelures qui par arc-boutement s’opposent à la charge axiale.
Si ces anneaux doivent être démontés, il est nécessaire de les remplacer.
Anneau d’arrêt « self locking » pour arbre
Anneau d’arrêt « self locking » pour alésage
Anneau d’arrêt « grifaxe plus »
4.10. Dispositifs de freinage des vis et des écrous
Il existe plusieurs solutions pour maintenir le serrage d’une vis et des écrous. Une première
famille de solutions consiste à éviter le desserrage par obstacle avec les composants
suivants :
Écrou à encoches (SKF) ;
Goupilles, etc.
Écrou à encoches et rondelle frein Arrêt axial d’un roulement
On peut également supprimer le jeu entre la vis et l’écrou par collage au niveau du contact
entre les deux pièces ou en utilisant les composants standards suivants :
Écrou auto freiné de type « Nylstop » ;
Contre-écrou, etc.
Cours Construction des systèmes techniques – STS CPI
Page 11
Pour finir, on pourra utiliser l’effet de pénétration de certains composants standards placés
sous la tête de vis :
Rondelle Grower ;
Rondelle à dents, etc.
Rondelle Grower Rondelle à dents extérieures
4.11. Autres dispositifs d’arrêts par obstacle
Arrêt en rotation par goupille « entre cuir et chair »
Couples peu importants
Perçage du logement de goupille lors du montage
Centrage et maintien en position par adhérence efficace avec un manchon « Ringblock série 1300 »
Réglage possible de la position angulaire et axiale avec serrage
Utilisé sur arbre lisse
Centrage et maintien en position par adhérence efficace avec un manchon « Trantorque »
Réglage possible de la position angulaire et axiale avant serrage
Utilisé sur arbre lisse
Maintien en position par adhérence avec des éléments « Ringblock série 1060 » empilés
Moins encombrants, moins chers mais transmettent un couple moins important
Un centrage est conseillé
Maintien en rotation et en translation par adhérence avec un empilage de rondelles élastiques « Ringspann »
Centrage et maintien en position par adhérence efficace avec des éléments « Tollock »
Réglage possible de la position angulaire et axiale avec serrage
Utilisé sur arbre lisse
Cours Construction des systèmes techniques – STS CPI
Page 12
4.12. Erreurs cachées
Sur les dessins ci-dessous, identifier les erreurs dans les zones entourées.
Surface de contact plan :
Goujon non bloqué sur 2 Filetage trop court Fond du trou non fait
Trou taraudé inexistant Pas de passage de vis sur 1 Pas de passage de vis sur 1
Trou de centrage trop court Manque réserve de taraudage
Surface de contact cylindrique :
Le cylindre de MIP est trop long. Il manque un jeu pour assurer un serrage optimal
Diamètre intérieur de la rondelle trop petit. Il doit être supérieur au diamètre de la tige filetée
Il manque la rainure de clavette dans l’alésage. Le montage est
impossible.
Cours Construction des systèmes techniques – STS CPI
Page 13
Surface de contact conique :
Épaulement inutile si contact le serrage n’est pas assuré
Il manque un jeu entre arbre et la rondelle. Le serrage n’est pas
assuré
Il manque la rainure de clavette dans l’alésage. Montage
impossible.
Filetage trop court sur la vis. Vis bloquée et serrage incertain.
