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Ch 6- les recepteurs pneumatiques et hydrauliques

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Systèmes hydrau. et pneum. - Ch.6 -LES RECEPTEURS PNEUMATIQUES ET HYDRAULIQUES
ISET de Sousse
Ch. 6 - LES RECEPTEURS PNEUMATIQUES ET HYDRAULIQUES
Contenu
Les récepteurs (1.5h) : Les vérins et les moteurs : principe de fonctionnement, Types, Caractéristiques (Calcul de
flambement, choix, montage et démontage, calcul de la puissance hydraulique, le rendement, couple, effort).
I - Introduction
Dans une chaine de transmission d'énergie et principalement dans les systèmes à fluide sous pression
parmi les composantes actives on s'intéresse dans ce chapitre aux actionneurs (pneumatique et
hydraulique)
La fonction globale d’un actionneur est de convertir une énergie d’entrée disponible sous une certaine
forme en une énergie de sortie utilisable pour obtenir un effet donné.
Un actionneur transforme donc la nature de l’énergie
Comparaison Energie pneumatique/Energie hydraulique
Avantages
Inconvénients
Exemples
d'utilisation
Energie pneumatique
- production: air disponible partout et en
quantité illimitée.
- transport aisé dans des conduites bon
marché.
- composants peu couteux.
- maintenance facile.
- commande simple.
- démarrage en charge.
- réglage simple.
- vitesse importante.
- source d'énergie exigeant un excellent
conditionnement (filtration)
- position imprécise (gaz compressible)
- efforts limités (pression d'utilisation de 3
à 10 bars)
- automatisme industriel
- outillage à grande vitesse
Energie hydraulique
- rapport poids/puissance
- charge importante
- précision position
- démarrage en charge
- réglage simple
- maintenance délicate
- couteux
- risque d'accidents (pression élevée)
- vitesses lentes
- véhicule avec charge importante
- machine outil
Les actionneurs transforment l’énergie d’un fluide sous pression en énergie mécanique (mouvement
avec effort). Ils peuvent soulever, pousser, tirer, serrer, tourner, bloquer, percuter, …
Exemples d'utilisation
Figure 1 : exemples d'utilisation de vérins
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Systèmes hydrau. et pneum. - Ch.6 -LES RECEPTEURS PNEUMATIQUES ET HYDRAULIQUES
ISET de Sousse
Leur classification tient compte de la nature du fluide, pneumatique ou hydraulique, et du mode
d’action de la tige : simple effet (air comprimé admis sur une seule face du piston), double effet (air
comprimé admis sur les deux faces du piston)…
A - LES RECEPTEURS PNEUMATIQUES
1.Actionneurs pneumatiques
L’actionneur encore appelé organe moteur, sert à transformer une énergie pneumatique en travail
mécanique. Elaboré dans la partie commande, le signal de sortie est ensuite dirigé vers des
préactionneurs qui, à leur tour, pilotent les actionneurs.
Les actionneurs pneumatiques sont classés en deux groupes selon que leur mouvement est
rectiligne ou rotatif :
- mouvement rectiligne (mouvement linéaire )
- vérin simple effet
- vérin double effet
- mouvement rotatif
- moteur pneumatique
- vérin oscillant
Les actionneurs pneumatiques convertissent l’énergie de puissance pneumatique en énergie mécanique
de translation, de rotation ou d’aspiration.
Leurs principales caractéristiques sont : la course, la force et la vitesse.
Parmi les actionneurs pneumatiques, on retrouve principalement les vérins, les moteurs et les
ventouses.
Typologie des énergies d'entrée et de sortie
ENERGIE D'ENTREE
pneumatique
ENERGIE DE SORTIE
mécanique
hydraulique
mécanique
ACTIONNEURS
Vérin pneumatique linéaire
Vérin pneumatique rotatif
Moteur pneumatique
Ventouse
Vérins hydrauliques
Moteurs hydrauliques
2. Les principaux types de vérins
Les vérins sont classés par type et par fonction.
La figure ci-dessous, montre un aperçu de la classification d’actionneurs pneumatiques.
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2.1. Les vérins à simple effet (VSE)
L’ensemble tige-piston se déplace dans un seul sens sous l’action du fluide sous pression. Le retour est
effectué par un autre moyen que l’air comprimé : ressort, charge, … Pendant le retour, l’orifice
d’admission de l’air comprimé est mis à l’échappement.
Les vérins à simple effet ne sont alimentés en air comprimé que d’un seul côté. Ils ne peuvent donc
fournir un effort que dans un seul sens. Le rappel de la tige du piston est assuré par un ressort
incorporé ou par une force extérieure. Le ressort est dimensionné de manière à ramener le plus
rapidement possible le piston dans sa position initiale.
Le vérin à simple effet est doté d’un joint de piston simple, monté sur le côté où s’applique la pression.
L’étanchéité est assurée par un matériau flexible (perbunan) encastré dans un piston métallique ou en
matière plastique. Pendant le mouvement les bords d’étanchéité glissent à la surface du cylindre.
Figure 1 : exemples de vérins à simple effet
La course du vérin à simple effet est fonction de la longueur du ressort. De ce fait, les vérins à simple
effet ne dépassent jamais 80 mm environ.
a) - Principe de réalisation
 Avantages : les vérins simple effet sont économiques, simples de commande, mouvement de
retour par ressort ou par la charge et la consommation de fluide est réduite.
 Inconvénients : à course égale, ils sont plus longs que les vérins double effet ; la vitesse de la
tige est difficile à régler en pneumatique et les courses proposées sont limitées (jusqu’à
100mm).
 Utilisation : travaux simples (serrage, éjection, levage, emmanchements, …)
 Force statique développée Fs : il faut tenir compte de la force Rc du ressort comprimé, d’où:
FS  p . S  RC
Figure 3 : Force statique développée par un VSE en fin de sortie de tige
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b) - Principes de réalisation et symboles normalisés
Vérin simple effet classique, rappel par ressort
Vérin simple effet à membrane, rappel par ressort
Vérin simple effet plat à diaphragme
Vérin à simple effet à soufflet
Fig. : Principaux types de vérins simple effet
Exemples d'utilisation du vérin à soufflet :
Figure 4 : Utilisation du vérin à soufflet
2.2. Vérins à double effet (VDE)
L’ensemble tige-piston peut se déplacer dans les deux sens sous l’action du fluide sous pression (air
comprimé).
L’effort en poussant (sortie de la tige) est légèrement plus grand que l’effort en tirant (entrée de la tige)
car la pression n’agit pas sur la partie de surface occupée par la tige.
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Figure 5: Vérin à double effet
a) - Principe de réalisation
 Avantages : plus grande souplesse d’utilisation; réglage plus facile de la vitesse, par contrôle
du débit à l’échappement; amortissements de fin de course, réglables ou non, possibles dans un
ou dans les deux sens. Ils offrent de nombreuses réalisations et options.
 Inconvénients : ils sont plus coûteux.
 Utilisation : ce sont les vérins les plus utilisés industriellement, ils présentent un grand nombre
d’applications.
Figure 6: Vérin double effet à amortissement non réglable
Figure 7 : Vérin double effet à amortissement réglable
Si des blocs en élastomère suffisent lorsque l’énergie à amortir est modérée, les dispositifs avec
tampons amortisseurs sont recommandés aux plus hautes énergies. Dès que le tampon entre dans son
alésage, le fluide à l’échappement est obligé de passer par l’orifice B plus petit, au lieu de l’orifice A.
La réduction du débit provoque une surpression créant l’amortissement.
b) - Constitution d'un vérin double effet
Le vérin se compose d’un cylindre, d’une culasse avant, d’une culasse arrière, d’un piston avec joint,
d’une tige de piston, d’un coussinet, d’un joint racleur, d’un certain nombre de pièce de liaison et de
joints. Le cylindre est généralement constitué d’un tube en acier étiré sans soudure. Pour augmenter la
longévité les surfaces de glissement de cylindre sont généralement superfines. Dans certains cas, le
cylindre en alliage d’aluminium, en laiton ou en tube d’acier, la surface de glissement est alors
chromée dur.
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Figure 8 : Eléments d'un vérin double effet
avec amortissement non réglable
Principe du réglage de débit
Figure 9 : Eléments d'un vérin double effet
avec amortissement réglable
3 - Caractéristiques des vérins
3.1. Efforts théoriques exercés :
A partir de la pression d’utilisation, on calcule les efforts théoriquement développables en sortie ou en
entrée de tige.
Effort en poussant
Effort en tirant
Figure 10
82
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p
ISET de Sousse
F,
π
p  , alors : F ,  p . S ,  p . D 2  d 2 
S
4
,
,
avec F  F théorique
F
π
, alors : F  p . S  p . D 2
S
4
avec F  Fthéorique
3.2. Rendement :
Les frottements internes au vérin (joints d’étanchéité et bagues de guidage) amènent une perte
d’énergie et une baisse du rendement η (perte de 5 à 12 % pour les vérins pneumatiques de bonne
construction).
F
 Ffrottements
F
η  théorique
 1  frottements
Fthéorique
Fthéorique
3.3. Contre-pression d’échappement :
Elle est employée pour régler et réguler (maintenir constante) la vitesse de la tige; le réglage est obtenu
par des régleurs placés à l’échappement. Cette contre-pression, de 30 à 40 % de la valeur de la pression
de démarrage en pneumatique, amène un effort antagoniste supplémentaire.
Figure 11 : Les différentes pressions mises en jeu dans un vérin
La courbe pA
La courbe pB
Cette courbe représente l’évolution de la pression dans la Sur la courbe pB figure l’évolution de
chambre d’admission du côté opposé à la tige.
la contre-pression dans la chambre à
l’échappement du côté de la tige.
La pression monte progressivement puis atteint le seuil maximal La pression chute de la valeur p à la valeur
inférieur ou égal à la pression p. La pression au moment du de la contre-pression, se maintient à cette
démarrage dépend de l’effort résistant à l’extrémité de la tige.
valeur pendant la course puis devient nulle
Puis la sortie de tige a lieu. La pression chute alors dans la très peu de temps après l’arrêt du vérin.
chambre A et sa valeur va dépendre de la vitesse du vérin. En fin
de course, la pression remonte à la valeur p.
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Systèmes hydrau. et pneum. - Ch.6 -LES RECEPTEURS PNEUMATIQUES ET HYDRAULIQUES
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4 . Dimensionnement des vérins
4.1. Méthode de calcul
a) - bilan des efforts exercés
Isolons l'ensemble piston et tige du vérin :
Fthéorique = Fcharge + Ffrottement + Fcontre-pression
Fcharge : effort nécessaire pour déplacer la charge seule (effort dynamique développé par le vérin).
D'où :
Fcharge = Fthéorique - (Ffrottement + Fcontre-pression)
b) - Effort théorique :
effort théoriquement exercé en poussant ou en tirant, calculé à partir de la pression d'utilisation
En poussant (sortie du tige) Fthéorique  p. S  π.
En tirant
(rentrée du tige)
F , théorique  p. S , 
D2
4
π 2
D  d 2 
4
c) - Taux de charge t:
Pour être certain d’utiliser le vérin dans de bonnes conditions, on définit le taux de charge t. C’est un
paramètre qui tient compte à la fois des effets de la contre-pression et des frottements internes ; son
emploi élimine les risques de broutements.
F
F
t  charge  charge
FS
Fthéorique
En pratique : 0,5 ≤ taux de charge t ≤ 0,75.
Le taux de 0,5 est usuel.
d) - détermination des diamètres du vérin
Il va ensuite falloir choisir le diamètre parmi les diamètres normalisés. Deux solutions sont possibles :
- soit on choisit un diamètre légèrement inférieur, et le taux de charge sera plus grand,
- soit on choisit un diamètre légèrement supérieur, et le taux de charge sera plus petit. Mais à mêmes
caractéristiques, un vérin de diamètre supérieur coûtera plus cher.
Il faudra décider au cas par cas, en faisant en sorte que le taux de charge ne soit pas trop différent de
celui spécifié par le cahier des charges.
D(mm)
d(mm)
8
4
10
4
12
6
16
6
20
10
25
32
40
50
63
80
12
12
18
18
22
22
Diamètres normalisés des vérins
100
30
125
30
160
40
200
40
250
50
4.2. Méthode des abaques
Une autre méthode pour déterminer le diamètre d’un vérin consiste à utiliser les abaques du
constructeur donnant les efforts dynamiques développés par le vérin en fonction de son diamètre et de
la pression relative.
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Graphique. 1
Pour utiliser ces abaques, il faut choisir si le vérin travaille en « rentrée de tige » ou en « sortie de
tige», et prendre l’abaque correspondant. Il faut définir le point de rencontre entre l’effort dynamique
calculé et la pression d’alimentation.
Le diamètre du vérin sera celui dont la courbe passe par ce point. Si le point est entre deux courbes, il
faudra faire un choix comme précédemment entre un vérin plus petit, moins cher et dont le taux de
charge sera supérieur à 0,5; et un vérin plus gros, plus cher, dont le taux de charge sera inférieur à 0,5.
Il conviendra donc de recalculer le taux de charge.
5. Vérins spéciaux
Ce sont des variantes des cas précédents et présentent les mêmes options possibles: amortissement, …
Vérin rotatif
l’énergie du fluide est transformée en mouvement
de rotation; par exemple, vérin à double effet
entraînant un
système pignon-crémaillère.
L’angle de rotation peut varier entre 90 et 360°.
Les amortissements sont possibles.
Vérin rotatif à crémaillère
Vérin rotatif à palettes
Multiplicateur de pression
Souvent utilisé en oléopneumatique, il permet à
partir d’une pression d’air (p en X), d’obtenir
un débit d’huile à une pression plus élevée (p en
Y : 10 à 20 fois plus élevée que p). Il est ainsi
possible d’alimenter des vérins hydrauliques
présentant des vitesses de tige plus précises.
Vérin à tige télescopique
Simple effet et généralement hydraulique, il
permet des courses importantes tout en
conservant une longueur repliée raisonnable.
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ISET de Sousse
Vérin sans tige
C’est un vérin double effet pneumatique. Il est
deux fois moins encombrant qu’un vérin
classique à tige l’espace d’implantation est divisé
par 2.
Propriétés : pas de rotation de la tige; vitesse
de déplacement pouvant être élevées (3 m/s et
plus); courses possibles très grandes (7 m et
plus); pas de problème lié au flambage de la tige;
efforts et vitesses identiques dans les deux sens
mais étanchéité plus fragile. De nombreuses
variantes et combinaisons sont possibles:
assemblages croisés…
Exemple d’un vérin double effet sans tige avec amortissement des deux côtés
Vérin tandem
Les vérins tandem, sont deux vérins couplés en
série par une tige commune. Dans cette
configuration, la force est presque doublée, ce
qui constitue un avantage considérable dans les
espaces restreints.
Vérin double tiges
Le muscle pneumatique
En ce qui concerne sa fabrication, le muscle
pneumatique ressemble beaucoup au vérin à
soufflet. En alimentant le vérin en air comprimé,
les fibres de la paroi du vérin se contractent, ce
qui crée une force de traction entre les deux
extrémités.
Le muscle pneumatique peut exercer une force
très élevé, la force et le déplacement du vérin
sont proportionnel à la pression.
6. Les moteurs pneumatiques
Il existe plusieurs moyens pour produire un mouvement de rotation continu à l’aide d’un débit d’air
comprimé.
Le plus courant est le moteur à palettes qui est fréquemment utilisé dans les outillages pneumatiques
(visseuses, meuleuses, perceuses, clefs à chocs, etc.).
Figure 12 : Exemple d'utilisation de moteurs pneumatiques
Un moteur rotatif alimenté en air comprimé produit un mouvement de rotation dans un ou deux sens, à
des fréquences pou- atteindre 30 000 tr/min et des puissances de 10 kW. Il en existe plusieurs types: à
piston, à engrenage, à turbine.
La technologie à palettes est la plus utilisée, en raison de ses nombreuses qualités.
Son principe de fonctionnement est le suivant : l'air comprimé pénètre dans le moteur par l'orifice P et
arrive dans une chambre d'admission, où il exerce une force motrice sur la palette la plus proéminente.
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Systèmes hydrau. et pneum. - Ch.6 -LES RECEPTEURS PNEUMATIQUES ET HYDRAULIQUES
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Ainsi, le rotor tourne et l'air se détend. Dans le deuxième secteur du moteur, l'air des chambres à
l'échappement se vide par l'orifice E.
Figure 12 : Caractéristiques des moteurs pneumatiques
Les principales qualités de ces moteurs sont les suivantes:
– leur compacité et leur légèreté, avec un très bon rapport puissance/poids;
– leur force motrice, régulière et modulable;
– leur fort couple de démarrage;
– leur fonctionnement discontinu, sans limitation de facteur de marche;
– ils ne craignent pas les environnements poussiéreux, déflagrants ou humides;
Echappement
Alimentation
sens
Alimentation
sens
Figure 14: moteur à palettes à un sens de rotation
Figure 15: moteur à palettes à deux sens de rotation
Il existe d’autres types de moteurs pneumatiques commercialisés :
- moteurs pneumatiques à pistons en étoile (vois ci-dessous) ;
- moteurs pneumatiques à pistons à coulisseaux ;
- moteurs pneumatiques à engrenage ;
- moteurs pneumatiques à turbine.
Figure 16: Principe d’un moteur pneumatique à pistons en étoile
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7 - Les ventouses
La préhension par ventouse est un moyen simple de saisir des pièces lisses.
Elle est fondée sur l’effet venturi.
Le passage de l’air dans le rétrécissement augmente la vitesse de l’air et diminue sa pression (p2 < p1).
Il se crée alors une dépression qui permet d’aspirer l’air de la ventouse.
Figure 17:Ventouse et son utilisation
Ce sont des éléments de préhension souples destinés à être utilisés avec un générateur de vide. De
matière, de forme et de diamètre différents elles permettent de répondre pratiquement à tous les cas
d'applications de manutention.
Domaines d'application :
Les industries de l'agro-alimentaire, du verre, du bois. La prise de pièces en sortie de presse à injecter,
l'imprimerie pour le brochage et le retournement de feuilles, le conditionnement de produits et le
chargement de petits transferts rotatifs, le collage d'étiquettes sur des bouteilles ou flacons.
B - LES RECEPTEURS HYDRAULIQUES
Dans un circuit, les actionneurs (récepteurs) hydrauliques constituent l’outil indispensable pour
convertir l’énergie hydraulique en énergie mécanique. Cette conversion se fait par des mouvements
rotatifs (moteurs) ou par des mouvements de translation linéaire (vérins à simple ou à double effet).
1. Vérins hydrauliques
Un vérin est l’élément récepteur de l’énergie dans un circuit hydraulique. Il permet de développer un
effort très important avec une vitesse très précise.
Ils utilisent l’huile sous pression jusqu’à 350 bars Par rapport aux vérins pneumatiques ils sont plus
couteux et développent des efforts beaucoup plus important. Les vitesses de tige sont plus précises.
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Systèmes hydrau. et pneum. - Ch.6 -LES RECEPTEURS PNEUMATIQUES ET HYDRAULIQUES
ISET de Sousse
2. Les principaux types de vérins
Vérins simple effet
Symboles
Schémas
Vérins double effet
Symboles
Schémas
L’ensemble tige piston se déplace dans
un seul sens sous l’action du fluide sous
pression. Le retour est effectué par un
ressort ou une charge.
Avantages
:
économique
et
consommation de fluide réduite.
Inconvénients: encombrant, course
limité.
Utilisation : travaux simples (serrage,
éjection, levage…)
L'ensemble tige piston peut se déplacer
dans les 2 sens par l'action du fluide
(effort plus faible en tirant : rentrée de la
tige).
Avantages : plus souple, réglage plus
simple de la vitesse.
Inconvénient : plus cher que le vérin
simple effet
Utilisation : grand nombre d'applications
industrielles.
Vérin rotatif
Vérins spéciaux
Symboles
Schémas
Le mouvement de rotation est transmis à
l’arbre par l’application de l’huile sous
pression. L’amplitude du pivotement de
l’arbre est limitée par des butées
mécaniques réglables. L’angle maximal de
rotation ne dépasse pas 360°. Ces
actionneurs sont capables de transmettre un
couple de rotation important.
Vérin rotatif à crémaillère
89
Vérin rotatif à palettes
Systèmes hydrau. et pneum. - Ch.6 -LES RECEPTEURS PNEUMATIQUES ET HYDRAULIQUES
Vérin télescopique
Symboles
simple effet permet des courses importantes
tout en conservant une longueur repliée
raisonnable. Constitués par autant de pistons
plongeurs de longueurs variables, en
fonction de la course totale nécessaire.
Les pistons plongeurs sont creux.
Utilisation:
Utilisés lorsque la place disponible est
réduite et la course utile importante.
Ces vérins sont utilisés sur les bennes de
camion, les engins de travaux publics, …
ISET de Sousse
Schémas
Simple effet
Lorsque la commande est actionnée, le piston le plus gros sort
le premier.
Lorsqu’il est arrivé en fin de course, celui immédiatement audessus sort le deuxième; puis c’est le tour du troisième …
Quand on commande la rentrée des tiges, la petite section
rentre la première, puis la deuxième …
Double effet
3. Dimensionnement des vérins
 Pour déterminer la pression (p) d’utilisation d’un vérin, il faut connaître:
 La force F nécessaire à développer.
 La section annulaire S.
S = S1 - S2
π D2
π d2
S = S1 - S2 =

4
4
2
2
π D  d 
S
4
S2 (d)
S1 (D)
 Pour déterminer les vitesses de sortie et de rentrée du vérin :
Notons :
 qv : le débit du fluide dans le vérin en [m3 /s]
 vi (1,2) : la vitesse de la tige du vérin en [m/s]
 vitesse de sortie de la tige (en poussant) : v 1 
 vitesse d'entrée de la tige (en tirant) : v 2 
qv
, S1 en [m2]
S1
qv
,
S
S en [m2]
 Puissance utile (mécanique) : Pu = Pméc
c
Pu

Pu

Travail
W

temps
t
F. c
t
,
or
W  F .c
c: course du tige du vérin
avec v

c
: vitesse de la tige du vérin en [m/s]
t
Ce qui donne :
Pu
 F .v
avec
Pu : puissance utile (mécanique) en Watt [W]
F : effort utile du vérin en [N]
v : vitesse de la tige du vérin en [m/s]
90
Systèmes hydrau. et pneum. - Ch.6 -LES RECEPTEURS PNEUMATIQUES ET HYDRAULIQUES
ISET de Sousse
 Puissance absorbée (hydraulique) : Phyd
Pour véhiculer de la puissance en hydraulique, l'huile hydraulique doit s'écouler sous pression.
On a : F = p.S
et v 
c
: vitesse de la tige du vérin
t
le débit q v
Phyd
 p . S.

S . c
volume

 S .v
temps
t
c
 p . S .v
t
Phyd
 qv . p
 Rendement d’un vérin: η
Compte tenu des frottements internes au vérin (joints d'étanchéité et bague de guidage) qui génèrent
des pertes d'énergie et abaissent le rendement du vérin:
η
On note le rendement :

Putile
Pabsorbée

Pméc
Phydr.
4. Détermination des diamètres des vérins
 Méthode graphique
(Effort-rendement-pression-diamètre)
Exemple :
Données
Pression : 100 bar.
Force : 1000 daN.
Rendement : 0,9.
On veut déterminer D et d en sortie et en
rentrée du tige.
Le diagramme indique en sortie de tige un
vérin de diamètre 40 mm. Par mesure de
sécurité (accélération de la masse perte de
charge), il faut prendre en considération le
vérin de diamètre supérieur (50) qui
délivre une force de 1700 daN.
Graphique .2
5. Vérification des tiges des vérins au flambage
5.1. Méthode de calcul
Les tiges de vérin en compression sont des poutres soumises au flambage. En effet ce sont des
cylindres dont l'élancement est important (grande longueur et section modérée) qui lorsqu'ils sont
soumis à une sollicitation de compression présentent des risques de déformation brutale en flexion.
91
Systèmes hydrau. et pneum. - Ch.6 -LES RECEPTEURS PNEUMATIQUES ET HYDRAULIQUES
ISET de Sousse
portée Lf
portée Lf
portée Lf
portée Lf
Figure 18 : Tiges de vérins soumises aux efforts de flexion et au flambage
- Pour dimensionner les tiges de vérin, on applique la formule de la charge critique d'Euler FC qui
donne la charge maximum admissible en compression (instable) en fonction :
2
 du module de Young E du matériau (E = 20 000 daN/mm pour l'acier).

π d4
du moment quadratique de la section de la tige I(G,z) : ( I  G , z  
)
64
 de sa longueur libre de flambage Lf = course.K, sur Fig.
Le facteur K dépend du mode de fixation du vérin et du type de guidage de l'extrémité de la charge.
Ces coefficients sont en général donnés sous forme de tableau par les constructeurs de vérins.
π 2 . E . I
G,

FC 

z 

2
Lf
- Si on considère s : coefficient de sécurité (valeur usuelle = 3,5 pour les vérins), la condition de
F
résistance s'écrit : F  C
s
π2 . E . I
F
Avec F : force développée par le vérin
ce qui donne pour le diamètre de la tige : d 
4
G,


z 

2
s . Lf
64 . s . F . L2f
π 3.E
5.2. Méthode graphique
Tenue au flambage
La vérification de la tenue au flambage s’effectue en assimilant le vérin complètement ouvert à un cylindre du
diamètre de la tige (critère de sécurité) :
- sur la base de limites prévues pour la fixation mécanique du vérin sur la structure, lire le “facteur de course K”
sur le tableau .1;
- calculer la “longueur idéale Li” en multipliant le facteur K par la course effective du vérin (mm) : Li = c x K.
- à partir du graphique.1 on trouve le point d’intersection de la valeur de longueur idéale Li et de la valeur de
poussée maxi. (en N) prévue pour le vérin.
- la tige répondant à la tenue au flambage est celle qui correspond à la courbe située immédiatement au-dessus
du point d’intersection lue sur le graphique.1.
K=4
Tableau.1: Facteur de course K
92
Systèmes hydrau. et pneum. - Ch.6 -LES RECEPTEURS PNEUMATIQUES ET HYDRAULIQUES
ISET de Sousse
Graphique.3
Fixations et montage des vérins
Les vérins peuvent être montés de différentes manières selon le travail qu’ils sont appelés à fournir.
Les fabricants proposent une gamme importante de fixations pour implanter les vérins. Deux fixations
suffisent en général: une à l’avant en bout de tige (cas A, B, C) ou sur le fond (D, E, F) plus une à
l’arrière (G, H, I) ou au milieu (J, J’, J’’).
Suivant les fixations choisies, la position du vérin et les charges exercées, certains calculs de
vérification (flambage, flexion...) peuvent devenir nécessaires.
Figure 19 : Fixations et montage des vérins
93
Systèmes hydrau. et pneum. - Ch.6 -LES RECEPTEURS PNEUMATIQUES ET HYDRAULIQUES
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Exemple :
Données
Un vérin Ø125x70 fixé par bride AR
et chape de tige.
Le diagramme indique pour une force
de 1000 daN une longueur libre de
flambage de 8250 mm.
Graphique .4 : Abaque longueur de flambage
6. Entraînements en rotation complète :
Les entraînement en rotation complète, qu’on appelle communément « moteurs hydrauliques », sont
des actionneurs rotatifs. Ils transforment l’énergie hydraulique en énergie mécanique par un
mouvement de rotation continue.
Les moteurs hydrauliques présentent trois caractéristiques :
- le couple moteur
- la vitesse de rotation.
- la cylindrée
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Remarque : Ces moteurs entraînent des systèmes mécaniques. Si le couple résistant devient trop
important, la pression monte. Quand elle atteint la valeur de réglage du limiteur de pression, le débit
retourne au réservoir.
Leur avantage c'est qu'ils développent une grande puissance pour un encombrement réduit.
6.1. Principaux types de moteurs hydrauliques et caractéristiques
a) - Définition
Les moteurs hydrauliques sont d'une technologie analogue à celle des pompes. Mais une spécificité des
moteurs tient à leur vitesse d’utilisation qui peut être soit lente soit rapide.
Il existe plusieurs technologies, principes et caractéristiques :
on peut les classer d'après leurs différentes vitesses de rotation.
On distingue :
- Les moteurs lents à très forts couple (N  750tr/mn)
- Les moteurs semi-rapides à couple élevés (N  1000 tr/mn)
- Les moteurs dits rapides à vitesse de rotation élevée.(N >1000 tr/mn)
b) - Types des moteurs hydrauliques
Moteurs à palettes
L’huile sous pression provoque la rotation
des palettes implantées sur le rotor.
Avantages : réalisation simple.
Inconvénients : puissance transmise
relativement faible.
Moteurs à engrenages
Les moteurs à engrenage sont une réplique des
pompes volumétriques à engrenage :
Avantages Ils sont de constitution simple et d'être
le type de moteur le moins coûteux.
Inconvénients :ils offrent un rendement
volumétrique
peu élevé.
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Moteurs à pistons axiaux
Les pistons en communication avec la
haute pression se déplacent en tournant et
par une liaison rotule avec le tourillon
obligent ce dernier à tourner.
Avantages : couple très important,
possibilité de varier la cylindrée, vitesse
importante.
Inconvénient: coûteux.
Cy = 2r.n.s.tanα
Moteurs à pistons radiaux
Contrairement aux pompes à pistons radiaux,
les pistons peuvent tourner sur une came
(stator)
permettant d’avoir plusieurs courses par tour.
Le nombre des pistons est impair pour la
continuité
de débit et l’équilibrage. Possibilité d’avoir une
distribution cylindrique ou plane du fluide
Avantages : couple très important.
Inconvénients : vitesse faible, encombrant,
coûteux, problèmes d’étanchéité pour la
distribution
Cy = n.n’.c.S
n: nombre des pistons
n’ : nombre de courses par tour.
c: course.
S: section du piston.
6.2. Dimensionnement des moteurs hydrauliques
Entrée du moteur
qv moy r
pe


Ω  ωx

C
Ph
ps
x
Pm
Sortie du moteur
Un moteur hydraulique est caractérisé par certaines grandeurs :
a) - Cylindrée :Vm
Le volume de fluide aspiré ou refoulé par le moteur en l’absence des fuites, pendant une révolution de
l’arbre principal.
Unités : Vm : en [m3/tr] ou [l / tr].
b) - Débit
- Le débit moyen entrant :(qv moy r )
Le volume moyen aspiré par unité de temps, connaissant la cylindrée ce débit est déterminé par :
qv moy r , e  Vm . N
Avec :
N : Fréquence de rotation en [tr/s].
Vm (Cy) : Cylindrée en [m3/ tr]
qv moy r,e : débit moyen réel entrant dans le moteur en [m3/s]
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- Le débit moyen sortant du moteur (qv moy r, s ) :
Le volume sortant par le moteur en pratique, mesuré par unité de temps.
c) - Puissance
- La puissance mécanique : (Pm )
Puissance fournie par l’arbre de sortie du moteur peut être donnée par les deux relations suivantes :
Pm  C . ω
Avec :
C : Couple moyen théorique en [Nm] ;
ω : vitesse angulaire de l’arbre moteur en [rad /s] ;
- La puissance hydraulique : (Ph )
Puissance fournie par le fluide à la sortie de la pompe donnée par :
Ph  qv
moy r , e
 pe 
ps 
Avec :
pe : pression à l'entrée du moteur en [ Pa ] ;
ps : pression à la sortie du moteur en [ Pa ] ;
Ph :puissance hydraulique en [W];
d)- Les rendements :
Le fluide entre dans le moteur avec un débit qv moy r,e (débit réellement refoulé par la pompe), mais à la
sortie du moteur le débit est qv moy r,s ˂ qv moy r,e , le débit excédentaire constitue le débit des fuites qf ,
d'où on a : qv moy r,e = qv moy r,s + qf
- Le rendement volumétrique (ηv ):
Compte tenu des fuites et de la compressibilité du fluide, le débit moyen sortant est toujours différent
du débit réel rentrant, on définit ainsi un rapport :
q
q
v moy r , s
v moy r , s
1
ηv 


1
q
q
 q


f
v moy r , e
v moy r , s
qf
1 


qv moy r , s 


q
V .N
v moy r , s
m
Avec : q v moy r , s  Vm . N ,
soit
η 

v q
q
v moy r , e
v moy r , e
- Le rendement global (ηg ):
Le rendement global d’un moteur, traduit en terme de performance le rapport entre la puissance
mécanique fournie par le moteur hydraulique et la puissance hydraulique fournie par la pompe.
P
η 
g
m
P
h

C.ω
qv moy r ,e .  pe

ps 

C.ω
qv moy r ,e . p
- Le rendement mécanique (ηm ):
V .N
On a : q
 m
v moy r , e
η
v
En remplaçant dans l'expression précédente q
et ω = 2 π N:
v moy r , e
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η 
g
Avec :
ISET de Sousse
C.ω
C.ω
C . 2π N
C . 2π



.η
V .N
V .N
v
qv moy r ,e . p
V
.

p
m . p
m . p
m
η
η
v
v
η  η .η
g
m v
C . 2π
η

Donc : m
V . p
m
e) - Le couple moteur
Le moteur hydraulique est caractérisé par le moment du couple disponible sur son arbre C en [Nm].
V . p
C m
.η
m
2π
6.3. Utilisation des abaques
L'utilisation d’un abaque pour la détermination d’une caractéristique d'un moteur hydraulique.
Connaissant deux paramètres, il permet de déterminer le troisième grandeur.
Graphique. 5
Remarque : cet abaque peut être utilisé indifféremment pour les pompes ou les moteurs.
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ISET de Sousse
6.4. Réglage de la vitesse :
Le réglage de la vitesse de rotation d’un moteur hydraulique se fait en agissant sur le débit d’huile
utilisé.
Pour régler ce débit, il est possible d’utiliser :
 Une pompe à débit variable : dans ce cas, le moteur seul doit être alimenté par la pompe.
 Un limiteur de débit : dans ce cas, le montage peut s’effectuer de deux façons différentes.
1er Cas : Réglage sur l’entrée du moteur
Ce dispositif ne peut être utilisé seul, si le couple résistant risque de devenir moteur.
L'excédent de débit est retourné au bac à la pression du limiteur de pression. Ce montage
ne peut pas être utilisé seul, si le couple résistant peut devenir moteur
à un instant quelconque. De même, pour obtenir une rotation régulière, surtout si la
vitesse de rotation est assez faible et le moteur peu chargé, on peut être amené à le
charger artificiellement par une soupape d'équilibrage.
2ème Cas : Réglage en sortie du moteur
Ce dispositif quant à lui, peut être utilisé dans tous les cas, même si le couple devient moteur.
L'excédent de débit est retourné au bac, à la pression du limiteur de pression. Ce montage reste valable
si le couple résistant devient moteur.
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