Assemblage des pièces Analyse technologique des liaisons pivot réalisées avec des roulements A la fin de ce cours, vous devez être capable de : - décrire les règles de montage des roulements dans une liaison pivot, - représenter un montage complet d’une liaison pivot avec roulements et préciser ses conditions de fonctionnement : ajustement, étanchéité, lubrification, réglage éventuel… 1 Généralités sur les roulements Roulement à billes à contact radial Matériau : acier trempé 100 Cr 6 afin d’augmenter la dureté des chemins de roulement. Désignation générale d’un roulement : Ød – ØD – B. Lycée Vauvenargues PTSI 1/10 Lubrification des roulements Il est impératif de prévoir une lubrification lors de l’utilisation de roulements. Elle peut être réalisée : - par graisse : cas de faible vitesse de rotation (peu de calories à évacuer), intéressant car le graissage à vie est possible et l’étanchéité est simplifiée (labyrinthes, rétrécissements de section, feutre), - par huile : cas de vitesse de rotation élevée ou si le roulement est intégré dans un mécanisme lubrifié à l’huile. L’étanchéité associée nécessite l’emploi de joints (torique pour une vitesse faible, à lèvres pour une vitesse élevée, déflecteurs ou passages étroits pour une vitesse très élevée) et l’usinage d’une portée cylindrique dédiée à l’étanchéité sur l’arbre. Remarque : certains roulements peuvent être munis de flasques d’étanchéité, il n’est alors pas nécessaire de prévoir d’étanchéité supplémentaire. joint à lèvres ressort joint V-ring joint à deux lèvres portée de joint surface fonctionnelle de l’arbre dédiée à l’étanchéité Lycée Vauvenargues PTSI dureté état de surface Ra max 2/10 2 Critères de choix des différents types de roulements Les critères de choix sont nombreux : - direction de la charge supportée : axiale, radiale ou combinée (voir tableau ci-dessous), - intensité de la charge supportée : la capacité de charge d’un roulement est donnée par le constructeur selon 2 paramètres C0 la capacité statique admissible à l’arrêt C la capacité dynamique admissible en fonctionnement - vitesse de rotation : elle est fonction de la taille du roulement et de la nature des éléments roulants, elle est liée au type de lubrification (graisse à faible vitesse, huile à grande vitesse), - durée de vie souhaitée L : liée à la capacité dynamique C, voir cours Spé…, - angle de rotulage : faible pour les roulements dits rigides (quelques minutes d’angle), plus important pour les roulements de type rotule (quelques degrés de rotulage), - encombrement, prix… Lycée Vauvenargues PTSI 3/10 3 Règles de montage des roulements Problématique : Chaque roulement (avec jeux internes considérés) placé entre un arbre et un alésage réalise une liaison linéaire annulaire. Une paire de roulements réalise donc une liaison pivot glissant. Pour obtenir une liaison pivot, il est nécessaire d’assurer la mise en position axiale des bagues des roulements, ainsi que le maintien en position selon les sollicitations appliquées sur l’arbre ou le moyeu. Il s’agit donc de déterminer le minimum d’arrêts en translation à placer et leurs réalisations technologiques afin de réaliser une liaison pivot. La problématique est identique si les roulements sont de natures différentes ou de dimensions différentes. Jeux de montage des roulements Les bagues de roulement sont montées sur l’arbre ou dans l’alésage : - soit avec du jeu, montage dit « bague libre », - soit sans jeu, montage dit « bague serrée ». A priori, toutes les bagues devraient être montées sans jeu, cependant pour faciliter le montage et le démontage, il est conseillé de monter « libre » une bague de chaque roulement. Dans ce cas, afin de limiter l’usure des chemins de roulement, la règle suivante doit être appliquée : Règle 1 : la bague tournante par rapport à la direction de la charge est montée serrée (dans quelques cas spécifiques) Le montage des bagues serrées est réalisé à la presse ou à l’aide de manchons de serrage (cas spécifiques). Direction de la charge D’une manière générale (attention chaque cas est à étudier de manière précise…) : - engrenages : la charge, effort transmis d’un engrenage à l’autre, est fixe par rapport au bâti bagues int. serrées, - poulie/courroie : la charge, effort transmis par la courroie, est fixe par rapport au bâti bagues intérieures serrées, - roues de friction : la charge, effort de contact entre les roues, est fixe par rapport au bâti bagues int. serrées, - roue folle avec arbre fixe (caddie, roue arrière voiture) : la charge, poids et contact pneu/sol, est fixe par rapport à l’arbre bagues extérieures serrées. Remarque : les roulements sont achetés chez un fabricant. Les jeux de montage et ajustements sont donc donnés par le fabricant dans les documentations techniques des roulements. Les ajustements, assurant un montage libre ou serré des bagues, seront uniquement précisés sur les portées de l’arbre et de l’alésage sur lesquelles se monteront les roulements. Pour informations, quelques ajustements classiques sont donnés dans le tableau suivant. Lycée Vauvenargues PTSI 4/10 Les mises en position des bagues serrées doivent être réalisées par un arrêt axial sur l’arbre ou dans le logement capable de supporter la poussée axiale due au montage à la presse du roulement. La règle suivante doit donc être respectée : Règle 2 : les bagues serrées sont arrêtées en position par un épaulement direct ou indirect (utilisation d’une entretoise) chanfrein Penser à chanfreiner les portées afin de faciliter la mise en position de la bague Pour un montage donné et avec l’application des deux règles précédentes, il suffit maintenant d’appliquer la règle 3 suivante pour réaliser une liaison pivot d’un point de vue cinématique. Règle 3 : mettre en place un arrêt en translation sur une des bagues libres Pour respecter cette règle, toutes les solutions technologiques de mise en position sont possibles : - pour l’arbre : épaulement, anneau élastique…, - pour l’alésage : épaulement, anneau élastique, couvercle, segment d’arrêt incorporé (cas particulier à éviter)… Lycée Vauvenargues PTSI 5/10 L’application des 3 règles précédentes n’assure que la mise en position des éléments réalisant la liaison pivot. Pour réaliser une liaison pivot capable de supporter les sollicitations extérieures, il faut assurer le maintien en position en ajoutant des arrêts en translation supplémentaires. Règle 4 : assurer le maintien en position de la liaison par un minimum d’arrêts en translation supplémentaires Pour respecter cette règle, toutes les solutions technologiques de maintien en position sont possibles : - pour l’arbre : anneau élastique, écrou SKF + rondelle à encoches (quand un réglage axial est nécessaire), vis + rondelle…, - pour l’alésage : anneau élastique, couvercle… Attention : - le serrage des bagues montées serrées ne réalise pas un maintien en position, - dans le cas d’utilisation d’un roulement à rouleaux cylindriques, il faut bloquer toutes les translations dues au non arrêt du rouleau par rapport à une des bagues. Remarque : il faut éviter une surabondance des arrêts en translation qui entraîne, lors des dilatations de l’arbre en fonctionnement ou avec les tolérances de fabrication, des contraintes au sein de la liaison pivot causes de son usure prématurée. Enfin, il convient de toujours vérifier que la solution retenue est montable, démontable, la plus simple possible et qu’aucun élément tournant ne touche une partie non tournante (exceptés les joints d’étanchéité). Règle 5 : s’assurer du montage et du démontage de la liaison pivot réalisée Lycée Vauvenargues PTSI 6/10 Conclusion : 4 étapes liées à la conception d’une liaison pivot avec roulements 3.1 - choix du type de roulement en fonction des sollicitations appliquées sur la liaison, - choix des ajustements (bagues montées serrées, bagues montées libres), - choix des arrêts en translation des bagues de roulement en suivant les 5 règles, - choix de la lubrification et réalisation de l’étanchéité. Exemples de schéma technologique de montage & montages usuels Dans un schéma technologique, les roulements sont représentés par leurs symboles conventionnels. Exemples de représentation de roulement dans un schéma technologique Application de la règle 2 Application de la règle 3 Les arrêts de mise en position sont représentés par un rectangle noirci Lycée Vauvenargues PTSI 7/10 Application de la règle 4 Les arrêts de maintien en position sont représentés par un rectangle blanc ou montage en « demi rotule » - Rlts de même Ø montage en « demi rotule » - Rlts de même Ø Exemple d’une liaison pivot réalisée par un montage en « demi rotule » montage « rotule + linéaire annulaire » Rlts de Ø différents Montages à privilégier Exemples de liaison pivot réalisée par un montage « rotule + linéaire annulaire » Lycée Vauvenargues PTSI 8/10 3.2 Cas des roulements à rouleaux coniques et à contacts obliques Montage en X : cas de la charge tournante par rapport à l’arbre, les bagues intérieures sont montées serrées Remarques montage en X : - montage à privilégier si les bagues intérieures doivent être montées serrées, - le jeu axial des roulements est réglé en déplaçant les bagues extérieures montées libres prévoir des cales de réglages au niveau des couvercles, - montage à éviter si les portées de roulement sont proches l’une de l’autre (car alors le rotulage interne de la liaison pivot réalisée est important). Montage en O : cas de la charge tournante par rapport à l’alésage, les bagues extérieures sont montées serrées Remarques montage en O : 3.3 - montage à privilégier si les bagues extérieures doivent être montées serrées, - montage à préférer si les portées de roulement sont proches l’une de l’autre, - le jeu axial des roulements est réglé en déplaçant les bagues intérieures montées libres maintien en position réalisé par écrous SKF et rondelles à encoches. Cas des butées à billes Une butée à billes ne supporte que des charges axiales. Elle ne peut pas guider un arbre en rotation. Le guidage en rotation et le support des charges radiales doivent donc être assurés par des roulements ou paliers lisses (selon l’intensité des charges et la vitesse de rotation). Remarque : le montage d’une butée à billes sur un arbre horizontal nécessite une précharge réalisée par l’intermédiaire d’un dispositif élastique (ressort, rondelle de Belleville…) évitant l’excentration des rondelles-logement. Lycée Vauvenargues PTSI 9/10 Réducteur roue et vis sans fin Lycée Vauvenargues PTSI 10/10
