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1.6. Construction soudée NF E 04-020
1.6.1. Définitions
Le soudage permet de lier de manière permanente plusieurs pièces. On distingue :
- soudage autogène ou soudage : les pièces de même métal sont liées par fusion.
Le métal d’apport, lorsqu’il est utilisé, est de même nature que les éléments à
assembler. L’assemblage réalisé est homogène et résistant. L’importante
élévation thermique (300°C) peut engendrer des défo rmations, des tensions
internes nécessitant un recuit de stabilisation. Ce procédé est utilisé en
charpente, grosses tuyauteries, chaudronnerie, construction métallique.
- soudage électrique par résistance : assemblage obtenu par fusion locale entre
deux tôles serrées entre deux électrodes. Un procédé très utilisé en carrosserie
(grande série).
- brasage : permet d’assembler des pièces, qui peuvent être de matières
différentes par l’intermédiaire d’un métal liquide à base de laiton qui après
refroidissement lie fortement les éléments assemblés. Les déformations sont
réduites (température d’environ 900°C). Procédé uti lisé en tuyauterie, en
installations sanitaires, circuits électriques.
1.6.2. Représentation et symbolisation des soudures
Il existe six types de soudure (fig. 1-30) :
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Fig. 1-30
a) Position du symbole et de la ligne de repère sur le dessin
La normalisation demande une position spécifique du symbole (fig. 1-31a) et de la
ligne de repère (fig. 1-31b) sur le dessin.
(1) : une ligne de repère par joint
(2) : une ligne de référence
(3) : cote ou symbole
(4) : symbole supplémentaire
(5) : cotation éventuelle
a)
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b)
Fig. 1-31
b) Indications complémentaires
- soudure périphérique (fig. 1-32a) : lorsque la soudure doit être
exécutée sur le pourtour d’une pièce il faut l’indiquer en traçant un
cercle comme indiqué ;
- soudure faite sur chantier (fig. 1-32b) : lorsque la soudure doit être
exécutée sur chantier il faut ajouter un drapeau comme indiqué ;
- indication du procédé de soudage (fig. 1-32c) : lorsqu’il est nécessaire
de préciser le procédé de soudage, le nombre qui indique le procédé
(fig. 1-32d) est inscrit entre deux branches d’une fourchette terminant la
ligne de référence.
a) b) c)
d)
Fig. 1-32
c) Cotation conventionnelle des soudures
La cotation doit porter les indications suivantes (fig. 1-33) :
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A gauche du symbole :
(1) : dimension relative à la section de la
soudure
A droite du symbole :
(2) : nombre d’éléments de soudure
(cordon, point)
(3) : dimensions relatives à la mise en place
de la soudure sur les pièces à assembler.
Fig. 1-33
Le tableau ci-dessus présente quelques exemples de cotation selon le type de
soudure.
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2. PRINCIPAUX ORGANES DE TRANSMISSION DE PUISSANCE
2.6. Transmission générale et individuelle
Dans les mécanismes on distingue d’une façon générale une partie motrice qui
fournie l’énergie et une partie réceptrice qui utilise cette énergie. Les organes qui
lient la partie motrice à la partie réceptrice sont nombreux. Ils sont choisis en fonction
de la disposition des deux parties et des efforts ainsi que les vitesses à transmettre.
2.7. Arbre de transmission
Dans le but de transmettre ou de recevoir un mouvement de rotation d’une machine
et de guider les organes de transmission à l’aide des paliers, on fait appel à des tiges
cylindriques métalliques communément appelées arbres . Comme on peut constater,
dans l’industrie il est pratiquement impossible de concevoir ou de fabriquer un
équipement sans l’utilisation des arbres.
2.7.1. Caractéristiques
Fig. 2-1
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Les arbres doivent satisfaire certaines exigences : ils doivent être polis, usinables et
capables d’accepter des charges en torsion et en fléchissement sans être déformés.
Les diamètres et les longueurs des arbres sont proportionnels aux efforts transmis
aux machines (fig. 2-1).
Pour la fabrication des arbres, on utilise généralement de l’acier allié composé de
chrome, de nickel, de silicium, de carbone, de souffre, de phosphore, de molybdène,
etc., selon l’utilisation. Ces types d’acier permettent une grande résistance et une
grande solidité. Ce sont des aciers à trempabilité moyenne.
Afin de respecter différentes conditions environnementales, certains arbres doivent
être fabriqués en acier inoxydable (dans l’industrie alimentaire), en laiton, en
aluminium et même en plastique.
Au travail ou au repos les arbres sur les machines peuvent être soumis à deux efforts
majeurs : des forces de torsion et des forces en flexion. Les forces en torsion se
manifestent au moment du couple où l’arbre vainc la résistance de la machine. Les
forces de flexion se manifestent continuellement, elles sont principalement générées
par le poids de l’arbre lui-même et aussi par les éléments qu’il supporte.
2.7.2. Catégories d’arbres
On peut classer les arbres en deux catégories : les arbres tournants et les arbres
fixes.
- Arbres tournants
Cette catégorie d’arbres porte les organes de commande, reçoit et transmet le
couple moteur aux machines ou aux équipements industriels. Ces arbres peuvent
être de types suivants (fig. 2-2) : arbres pleins, arbres creux ou arbres flexibles.
Les arbres pleins ont l’aire de la section proportionnelle à leur diamètre extérieur. Ils
peuvent être courts ou longs et doivent être supportés par des paliers à différents
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endroits, tout en respectant les normes établies par rapport à leurs dimensions et au
mode de transmission.
Fig. 2-2
Les arbres possèdent différents embouts qui leur permettent de recevoir les
éléments de transmission ou de supporter leurs extrémités. Les bouts d’arbres
peuvent être cylindriques droits ou cylindriques coniques.
Les arbres à bouts cylindriques peuvent être usinés et filetés. Le filetage est de
même diamètre que l’arbre (fig. 2-3a) et de dimension différent (fig. 2-3b). Les
embouts cylindriques à trou taraudé (fig. 2-3c) maintiennent les éléments à l’aide
d’une rondelle et d’une vis.
Fig. 2-3
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Les embouts cylindriques à anneaux d’arrêt possèdent une rainure à l’extrémité de
l’arbre qui peut permettre un jeu axial de la pièce (fig. 2-4a).
Les embouts cylindriques goupillés possèdent un trou percé dans l’axe de la pièce.
Le trou peut être cylindrique ou conique. Ces trous sont destinés à l’insertion d’une
goupille mécanique résistant au cisaillement qui va assurer la fixation d’un élément
sur l’arbre. Sous l’effet d’un choc, elles peuvent se rompre, ce qui évite des bris sur
une machine (fig. 2-4b).
Les embouts cannelés possèdent des rainures de longueur appropriée. La partie du
moyeu correspondant porte des rainures de formes complémentaires que l’on obtient
par brochage (fig. 2-4c). Ces embouts d’arbres peuvent transmettre des puissances
plus considérables que les clavettes et permettent des mouvements en translation
sans éliminer les mouvements en rotation.
Il existe d’autres embouts d’arbres qui peuvent permettre des mouvements de
rotation et de translation, soit les embouts carrés, triangulaires et hexagonaux
(fig. 2-4d).
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Fig. 2-4
Les bouts d’arbres coniques (fig. 2-5) permettent de fixer avec précision les éléments
d’entraînement ou de transmission. Ils sont de deux types : coniques à embout
taraudé et coniques à embout fileté.
Fig. 2-5
Les arbres creux sont vides à l’intérieur et ressemblent à un tube (fig. 2-6). Ses
dimensions sont normalisées à l’intérieur et à l’extérieur.
Fig. 2-6
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Il est conçu pour permettre un libre passage ou la fixation d’éléments ou
d’accessoires sur certaines machines, comme une broche de perceuse ou de tour, et
dans certaines conditions. Il peut être utilisé pour éliminer un surplus de masse tout
en respectant l’effort demandé.
L’arbre creux peut être muni de surfaces d’appui internes et externes, de chemins
clé, d’alésage et de différents embouts : fileté, conique, rainuré, etc. (fig. 2-7).
Fig. 2-7
Les arbres flexibles permettent de transmettre l’énergie mécanique dans toutes les
directions. Ils sont conçus pour transmettre la puissance de rotation et en translation
entre les mécanismes ne pouvant se relier par un arbre rigide. On les utilise pour
entraîner des mécanismes où la vibration se fait sentir, où les erreurs d’alignement
peuvent être éliminées. Ils sont utilisés avec les outils portatifs et sur les mécanismes
de contrôle à distance (fig. 2-8).
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Fig. 2-8
Les principaux éléments sont le câble, qui est la partie interne représentant l’arbre de
transmission, les embouts du câble, qui permettent la liaison des éléments
entraînants et entraînés, la gaine composée d’un tuyau flexible, qui permet le libre
passage du câble, guide et support du câble, et les embouts du câble qui permettent
la fixation de la gaine du mécanisme fixe (fig. 2-9).
Fig. 2-9
- Arbres fixes
Les arbres fixes sont des arbres qui ne
tournent pas. Ils sont généralement
courts et appelés axe (fig. 2-10). On les
utilise pour l’installation des pièces
tournantes sur un axe telles que poulies,
roues d’auto.
Fig. 2-10
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L’arbre est monté et ajusté serré ou soudé dans l’alésage qui le supporte. Les
embouts sont de même type que les arbres tournants. Ils doivent répondre aux
normes de fabrication ISO.
Les arbres fixes longs peuvent servir de guide ou de glissière sur différentes
machines (fig. 2-11). Dans ce cas, ils sont fixés et supportés par leurs extrémités.
Fig. 2-11
2.7.3. Tolérances d’ajustement
Les arbres en acier sont fabriqués en respectant des normes de tolérance sur les
diamètres. Ceci est dans le but de faciliter l’assemblage des éléments machines
entre eux sans devoir procéder à l’usinage de l’arbre.
- Notion de tolérance
Quelle que soit la forme de la section des éléments liés on convient de désigner
(fig. 2-12) : le contenant de l’ajustement comme ALESAGE (A) et le contenu de
l’ajustement comme arbre (a).
Fig. 2-12
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Un ajustement assure une fonction de liaison entre deux solides (A) et (a). Selon les
dimensions réelles de l’alésage et de l’arbre, l’ajustement sera avec jeu, avec
serrage ou incertain (fig. 2-13).
Fig. 2-13
- Désignation normalisée d’un ajustement
Il est à déterminer la notion de qualité d’une tolérance. La qualité, symbolisée par un
numéro, permet de connaître n intervalle de tolérance fondamental exprimé en
microns. Il existe 18 qualités de 01 – 0 - 1 – 2 - - 5 – 6 – 7 – 8 – 9 – 10 – 11 – 12 –
13 - - 16 (les indiquées en gras sont les plus utilisées). Pour une même qualité
l’intervalle de tolérance varie avec la dimension nominale. Le choix de la qualité est
plus précis sur l’arbre que sur l’alésage car il est plus aisé d’usiner une surface
extérieure qu’une surface intérieure.
- Principaux écarts pour les arbres exprimés en microns
Le tableau ci-dessous présente les écarts normalisés pour les arbres indiqués par la
position et par la qualité de la tolérance.
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- Principaux écarts pour les alésages exprimés en microns
Le tableau ci-dessous présente les écarts normalisés pour les arbres indiqués par la
position et par la qualité de la tolérance.
2.8. Coussinets, roulements et paliers
Les bagues, les coussinets, les roulements et les paliers représentent les solutions
constructives qui assurent le guidage en rotation dans toutes les machines
mécaniques.
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2.8.1. Bagues et coussinets
- Coussinets autolubrifiants frittés NF E 22-510
C’est une solution constructive
économique (fig. 2-14) permettant un
guidage en rotation autolubrifié,
silencieux avec un coefficient de
frottement faible (0,04 à 0,2). Les fortes
charges doivent être évitées.
Fig. 2-14
Obtenus par frittage (métallurgie des poudres) ces coussinets ont une structure
poreuse qui est imprégnée d’huile jusqu’à saturation. Ils sont fabriqués le plus
couramment en bronze fritté BP25 et en alliages ferreux FP15.
Il existent deux types de coussinets : cylindrique (fig. 2-15a) et à collerette (fig. 2-
15b). Ils sont désignés (fig. 2-15c) et ajustés avec jeu selon les normes (fig. 2-15d).
a) b)
c) d)
Fig. 2-15
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- Coussinets autolubrifiants composites NF E 25-511
Avec aptitudes très proches de celles des coussinets frittés avec encombrement
encore plus réduit, ces coussinets sont constitués d’une bague fendue en tôle roulée
revêtue intérieurement d’une couche poreuse en bronze dans laquelle on a incrusté
une résine spéciale (fig. 2-16).
Fig. 2-16
Les caractéristiques dimensionnelles de ces coussinets sont définies par l’alésage et
l’arbre. Leurs dimensions propres (supérieurs à D et à d avant resserrement de la
bague fendue au montage) ne sont pas prises en compte.
2.8.2. Roulements
Cette solution constructive est très
utilisée dès qu’il s’agit de guider en
rotation deux éléments (arbre, logement)
dans un mécanisme (fig. 2-17).
Fig. 2-17
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Selon le type, les roulements peuvent être soumis à des charges et à des vitesses de
rotation plus ou moins importantes. Le guidage est assuré avec précision et avec un
frottement minimal.
- Composition d’un roulement
Le roulement est composé de quatre parties (fig. 2-18) :
Fig. 2-18
(1) : Eléments roulants situés entre les
deux bagues
(2) : Cage qui assure le maintien des
éléments roulants
(3) : Bague extérieure, liée à l’alésage
(logement du roulement)
(4) : Bague intérieure, liée à l’arbre
- Visualisation des principales aptitudes d’un roulement
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- Roulements à billes et à rouleaux
Le tableau ci-dessous présente les principales aptitudes des roulements à billes et à
rouleaux.
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a) Roulements à billes à contact radial, à une rangée de billes
Les roulements à billes à une rangée sont les plus simples et les plus répandus. Ils
sont fabriqués en quatre types de construction (fig. 2-19) :
Fig. 2-19
Les principales dimensions et la désignation (exemples extraits du catalogue SNR)
sont présentées sur la fig. 2-20 :
Fig. 2-20
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b) Roulements à billes à contact oblique NF E 22-315
Ils supportent des charges radiales et axiales assez importantes (fig. 2-21). Ils
doivent être montés par paire en opposition ou en tandem et exigent un bon
alignement des portées.
Fig. 2-21
c) Roulements à rotule à deux rangées de billes
Ils doivent être montés par paire et permettent de compenser des défauts
d’alignement importants (fig. 2-22). Avec un manchon de serrage le roulement peut
être monté directement sur un arbre brut de laminage.
Fig. 2-22
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d) Roulements à rouleaux cylindriques
Ils ne supportent que des charges radiales très élevées (fig. 2-23) mais aucune
charge axiale, sauf pour les types NJ et NUP (faibles charges). Ils exigent un bon
alignement des portées.
Fig. 2-23
e) Roulements à rouleaux sphériques
Ils supportent des charges radiales très élevées (fig. 2-24). Le chemin sphérique
permet de compenser des défauts d’alignement importants. Avec un manchon de
serrage le roulement peut être monté directement sur un arbre brut de laminage.
Fig. 2-24
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f) Roulements à rouleaux coniques
Ils supportent des charges radiales et axiales importantes (fig. 2-25). Ils doivent être
montés par paire en opposition et exigent un bon alignement des portées. Leurs
bagues sont séparables et facilitent le montage.
Fig. 2-25
- Tolérances sur les portées de roulements à billes et à rouleaux
a) Roulements à billes (fig. 2-26)
Fig. 2-26
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b) Roulements à rouleaux coniques (fig. 2-27)
Fig. 2-27
- Règles de montage des roulements à billes
a) Arbre (bague intérieure) tournant et moyeu fixe (fig. 2-28) : Les bagues
intérieures tournantes sont montées serrées sur l’arbre (ajustement avec
serrage). Elles sont maintenues axialement sur l’arbre par quatre
obstacles en translation. Les bagues extérieures fixes sont montées
glissantes sur le moyeu (ajustement avec jeu). Une seule bague est
maintenue axialement sur le moyeu par deux obstacles en translation.
Fig. 2-28
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Exemple de montage ARBRE TOURNANT avec charges normales (fig. 2-29)
Fig. 2-29
(1) : Ajustement serré bague
intérieure sur arbre
∅ 15 K6 k6
(2) : Ajustement glissant juste
bague extérieure sur moyeu
∅ 35 H7 h6
b) Moyeu (bague extérieure) tournant et arbre fixe (fig. 2-30) : Les bagues
extérieures tournantes sont montées serrées sur le moyeu (ajustement
avec serrage). Elles sont maintenues axialement sur le moyeu par quatre
obstacles en translation. Les bagues intérieures fixes sont montées
glissantes sur l’arbre (ajustement avec jeu). Une seule bague est
maintenue axialement sur l’arbre par deux obstacles en translation.
Fig. 2-30
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Exemple de montage MOYEU TOURNANT avec charges normales (fig. 2-31)
Fig. 2-31
(1) : Ajustement serré bague
intérieure sur arbre
∅ 15 K6 k6
(2) : Ajustement glissant juste
bague extérieure sur
moyeu
∅ 35 H7 h6
- Règles de montage des roulements à rouleaux coniques
a) Arbre (bague intérieure) tournant et moyeu fixe (fig. 2-32) : Les bagues
intérieures tournantes sont montées serrées sur l’arbre (ajustement avec
serrage). Elles sont maintenues axialement sur l’arbre par quatre
obstacles en translation (épaulements A et B). Les bagues extérieures
fixes sont montées glissantes sur le moyeu (ajustement avec jeu). Elles
sont maintenues axialement sur le moyeu par deux obstacles en
translation dont l’un est fixe (épaulement C) et l’autre réglable (R).
Montage en X
Fig. 2-32
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Exemple de montage ARBRE TOURNANT avec charges normales (fig. 2-33)
Fig. 2-33
(1) : Ajustement serré bague
intérieure sur arbre
∅ 20 K6 m6
(2) : Ajustement glissant juste
bague extérieure sur moyeu
∅ 40 H7 h6
b) Moyeu (bague extérieure) tournant et arbre fixe (fig. 2-34) : Les bagues
extérieures tournantes sont montées serrées sur le moyeu (ajustement
avec serrage). Elles sont maintenues axialement sur le moyeu par deux
obstacles en translation (épaulements A et B). Les bagues intérieures
fixes sont montées glissantes sur l’arbre (ajustement avec jeu). Elles sont
maintenues axialement sur l’arbre par deux obstacles en translation dont
l’un est fixe (épaulement C) et l’autre réglable (R).
Montage en O
Fig. 2-34
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Exemple de montage MOYEU TOURNANT avec charges normales (fig. 2-35)
Fig. 2-35
(1) : Ajustement serré bague
intérieure sur arbre
∅ 15 K6 f6
(2) : Ajustement glissant juste
bague extérieure sur moyeu
∅ 35 P7 h6
2.8.3. Roulements et douilles à aiguilles
- Roulements à aiguilles à bagues massives NF E 22-370
Les roulements à aiguilles sont de deux types : à aiguilles jointives et à cages
(fig. 2-36).
Fig. 2-36
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Ces roulements ne supportent que des charges radiales importantes mais aucune
charges axiale. .
Ils sont choisis pour de grandes vitesses de rotation (N tr/min) .
L’alignement de l’arbre et du moyeu doit être précis (α → 0) .
C’est une solution constructive à encombrement radial réduit. Les roulements
peuvent être utilisés directement sur l’arbre (sans bague intérieure), si ce dernier
présente un bon état de surface et une dureté suffisante (58 < HRC < 64).
- Douilles à aiguilles NF E 22-370
Les douilles à aiguilles sont de deux types : cages à aiguilles et douilles à aiguilles
jointives (fig. 2-37).
Fig. 2-37
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Les douilles possèdent les mêmes
aptitudes que les roulements à aiguilles.
Elles représentent une solution
constructive économique et fiable,
permettant un fonctionnement silencieux.
L’exemple de montage est donné sur la
fig. 2-38.
Fig. 2-38
Pour les désignations et les principales dimensions il faut consulter le catalogue du
fabricant.
2.8.4. Butées et roulements combinés
- Butées à billes NF E 22-320
Les butées à billes peuvent être à simple et à double effet (fig. 2-39). Les charges
radiales sont nulles et les charges axiales sont importantes : dans un seul sens
(butée simple effet) et alternées (butée double effet) . Les vitesses de
rotation (N tr/min) doivent être limitées (force centrifuge sur les billes) .
Fig. 2-39
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L’exemple de montage est présenté sur
la fig. 2-40. Il est à retenir que la butée à
billes ne permet pas le guidage en
rotation qui doit être assuré par d’autres
roulements.
Fig. 2-40
- Roulements combinés à cage à rouleaux NF E 22-320
Les roulements combinés peuvent être avec contreplaque sans bague intérieure et
avec bague intérieure (fig. 2-41).
Fig. 2-41
Ces roulements combinés supportent des charges radiales et axiales importantes
. Les vitesses de rotation (N tr/min) peuvent être élevées . C’est une
solution constructive économique et peu encombrante.
Un exemple de montage (sans bague)
est présenté sur la fig. 2-42. Pour les
désignations et les principales
dimensions il faut consulter le catalogue
des fabricants.
Fig. 2-42
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2.8.5. Paliers, manchons et coussinets
L’utilisation des coussinets représente le moyen le plus économique pour supporter
des pierres en rotation, pour centrer des arbres et combattre la friction dégagée par
une pièce en rotation, surtout lorsque le travail est exercé sous charge.
De conception très simple, il ne contient
pas de pièces mobiles. Il est de forme
tubulaire et de longueur qui diffère selon
le besoin. Selon le montage, ils sont
fixés dans de paliers ou des manchons
(fig. 2-43).
Fig. 2-43
Les coussinets fonctionnent sous le principe de l’antifriction produit par une pellicule
d’huile ou un alliage antifriction. Lorsque l’arbre tourne dans le coussinet, il entraîne
une certaine quantité d’huile qui se loge dans les rainures ou les gorges des
coussinets. Les principaux matériaux utilisés dans la lubrification des coussinets
doivent posséder les propriétés de résistance au striage, de résistance à la
corrosion, d’absorption des particules solides et d’une bonne conductivité thermique.
Les coussinets ne sont pas faits de la même matière que l’arbre. Certains sont
composés des matériaux suivants :
- Bronze : Matériau plus lourd que le régule et qui possède une capacité de
charge plus élevée, selon la charge spécifique et la vitesse. En étant plus dur
que le régule, il a tendance à occasionner des bris sur l’arbre. Lorsqu’il est
usé, il suffit de le remplacer.
- Bronze fretté : Le coussinet en bronze fretté est fabriqué selon la métallurgie
des poudres. Il renferme généralement du graphite mélangé avec des
particules de bronze. La porosité de ce type de coussinet constitue un
réservoir pour le lubrifiant.
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- Régule (ou babbitt) : Ce matériau utilisé universellement permet d’accepter
des capacités de charge raisonnables selon les conditions d’usage. C’est un
alliage relativement mou qui minimise les dangers de grippage et de serrage
sur les arbres des machines. Allié avec le bronze, il peut supporter de plus
grandes charges à des températures plus élevées.
- Graphite de carbone : Le graphite de carbone est utilisé pour des applications
à des températures très élevées où l’utilisation des roulements est impossible.
Le coussinet en graphite de carbone ne requiert aucun lubrifiant, car le
matériel lui-même est un antifriction autolubrifiant. Il s’use graduellement par
la lubrification de l’arbre en laissant un léger dépôt de graphite. Ces
coussinets sont utilisés dans les fourneaux, les séchoirs et les fournaises, à
des vitesses relativement basses. Occasionnellement, ce type de coussinets
développe de hautes fréquences de vibration sur les machines.
- Fonte : Le coussinet en fonte est surtout utilisé pour les arbres oscillant
lentement ou sur des supports guides. Ses propriétés à l’usure sont attribuées
à la quantité de graphite que possède l’alliage de fonte. Un plus grand jeu est
nécessaire dans le montage car ce type de coussinets peut être utilisé à des
températures excessives.
- Types de coussinets
Fig. 2-44
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Les coussinets les plus usuels sont en bronze coulé. Ils doivent être lubrifiés lors de
l’installation. Certaines possèdent des rainures de lubrification permettant d’y loger
une certaine quantité d’huile ou de graisse (fig. 2-44). Les tolérances d’ajustement
sur le grand diamètre jouent un rôle très important. Ils influencent le degré de jeu sur
l’arbre.
Les coussinets en bronze fretté (poreux) sont de même forme que ceux en bronze
ordinaire. L’avantage est que ce bronze absorbe une certaine quantité d’huile qui
permet un mode de lubrification instantané. Les tolérances d’ajustement diffèrent
légèrement des coussinets en bronze standard.
Certains coussinets sont fendus en
forme de V (fig. 2-45). Cette entaille en V
permet de diminuer l’usure de frottement
par rapport à une rainure droite. On
rencontre ce type de coussinets sur les
embouts des vilebrequins de petits
moteurs ou dans le têtes de bielles.
Fig.2-45
Ils sont faciles à changer et permettent une légère expansion à la chaleur et une
bonne lubrification.
Fig. 2-46
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Les demi coussinets sont fabriqués en deus parties. Ils peuvent être sans butée ou
avec butée sur les côtés (fig. 2-46). Ils sont munis d’encoches qui permettent la
fixation, et de rainures qui permettent la lubrification. Ils sont surtout utilisés sur les
bielles de compresseurs et des moteurs à combustion. L’ajustement des tolérances
varie selon le type de la machine et les recommandations du fabricant.
- Paliers lisses pour coussinets
Dans un palier lisse, les surfaces d’ajustement de l’arbre glissent sur la surface
d’ajustement du palier. Ces surfaces cylindriques sont appelées « cylindres de
glissement ». L’ajustement des pièces est établi de telle sorte qu’un jeu soit créé
pour assurer une lubrification entre les surfaces de glissement (fig. 2-47).
Fig. 2-47
Les paliers qui font appel au glissement d’une surface sur une autre sont regroupés
en trois grandes catégories : les paliers radiaux , qui supportent des arbres rotatifs ;
les butées , qui supportent les charges axiales des pièces rotatives ; les guidages
rectilignes , qui guident les pièces mobiles en lignes droite.
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Les paliers radiaux, ou à coussinets,
peuvent être de plusieurs types, mais les
plus courants sont les paliers ordinaires,
qui entourent complètement l’arbre et le
demi paliers, qui est en contact avec
l’arbre sur moins de 180°. Ce dernier
type de palier est utilisé lorsque la
direction de la charge est constante. Il
facilite la lubrification et réduit les pertes
de puissance par frottement (fig. 2-48).
Fig. 2-48
Le mouvement de l’arbre dans un palier ordinaire peut se faire par glissement simple,
en régime de lubrification hydrodynamique, en régime de lubrification hydrostatique
et par une combinaison des deux régimes précédents.
Les avantages et les inconvénients des paliers lisses par rapport aux paliers à
roulement sont les suivants :
- Avantages : Ils sont moins encombrants, plus silencieux, moins coûteux, surtout
lorsqu’ils sont produits en grand nombre. Plus rigides, ils sont moins sujets à la
fatigue.
- Inconvénients : Ils risquent de plus grandes pertes de puissance par frottement.
Ils sont plus sujets à des dommages causés par des impuretés dans le lubrifiant.
Ils sont plus exigeants quand à la lubrification et souffrent plus des dommages
causés par un manque de lubrification.
Les paliers radiaux peuvent porter des coussinets de nombreuses formes selon les
conditions d’usage (fig. 2-49).
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Fig. 2-49
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2.9. Contrôle de l’alignement des arbres
Dans le milieu industriel une multitude de machines fonctionnent à de très hautes
vitesses et sans arrêt. Leur durabilité dépend évidemment des soins que l’on leur
apporte.
Les problèmes de mauvais fonctionnement sont reliés, dans la moitié des cas, à un
défaut d’alignement. L’alignement consiste à accoupler les deux arbres de la
machine en ligne droite dans un même axe en respectant les tolérances demandées.
Un mauvais alignement (fig. 2-50a) provoque des bris de différentes natures :
- résistance dans les paliers et dans les arbres ;
- usures des points qui, par l’écoulement des graisses et des acides,
contaminent la base de la machine ;
- vibrations excessives qui occasionnent le bris des pièces internes et
externes.
a) b)
Fig. 2-50
Un alignement correct (fig. 2-50b) permet d’éliminer 50% de tous ces problèmes. Il
augmente la durée de vie des équipements, diminue le coût d’entretien, les pertes de
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temps et la consommation de l’énergie. Selon la précision désirée et la vitesse de
rotation de la machine on peut recourir à différents procédés d’alignement.
2.9.1. Terminologie d’alignement
- Angularité, cales et colinéarité
On appelle l’angularité l’angle formé par le centre des arbres de deux machines
(fig. 2-51a). Les cales sont des plaquettes métalliques (fig. 2-51b) de différentes
épaisseurs qui sont placées sous les pieds de la machine afin d’amener un
déplacement vertical précis.
a) b)
c)
Fig. 2-51
Deux lignes sont dites colinéaires lorsqu’il n’existe aucune différence de position
angulaire et parallèle entre elles (fig. 2-51c).
- Déports parallèle et angulaire
On appelle déport parallèle la distance mesurée perpendiculairement avec l’axe de
l’arbre entre les centres de rotation en point donné de l’accouplement (fig. 2-52a).
Le déport angulaire est la valeur obtenue en soustrayant l’écartement entre les deux
surfaces d’accouplement (fig. 2 - 52b), déterminées par le diamètre d’accouplement
(fig. 2-52c). Il est mesuré sur le même rayon apposé à 180°.
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a) b)
c)
Fig. 2-52
- Dilatation thermique
Le changement de dimensions résultant de la température d’opération des
machines, ce qui a pour l’effet de changer la hauteur des axes (fig. 2-53).
Fig. 2-53
- Jeux axial, radial et en torsion
Le jeu axial est le mouvement de déplacement parallèle d’un arbre selon son axe
permis par le palier ou le coussinet (fig. 2-54a). Le jeu radial est le jeu de paliers
perpendiculaires à l’axe des machines pouvant faire en sorte que l’arbre change de
position en rotation (fig. 2-54b). Le jeu en torsion est le jeu angulaire circulaire entre
les deux parties d’accouplement (fig. 2-54c).
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a) b)
c)
Fig. 2-54
- Machine fixe, machine à déplacer, pied boiteux, repères d’alignement
La machine fixe est la machine qui sert d’alignement. Elle ne doit pas être déplacée
lors de l’alignement (fig. 2-55a). L’autre machine sera déplacée lors d’alignement,
soit verticalement, soit horizontalement.
Le pied boiteux est la patte ou support de machine qui n’appuie pas correctement sur
le socle (fig. 2-55b). Les repères d’alignement sont les positions dans lesquelles
seront prises les mesures d’alignement : 12 h, 3 h, 6 h et 9 h (fig. 2-55d).
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a)
b) c)
Fig. 2-55
2.9.2. Types d’alignement
Les types d’alignement représentent les déviations verticales et horizontales
possibles sur un équipement. Ces déviations peuvent être angulaires ou parallèles.
Pour être capable d’interpréter et de mesurer précisément ces déviations, il faut
donner des points de repère.
Le repérage consiste à faire quatre marques équidistances sur la circonférence des
deux parties de l’accouplement et les numéroter (fig. 2-56). La lecture des mesures
se fait : à 12 heures vers le haut, à 6 heures vers le bas, à 3 heures à droite et à 9
heures à gauche.
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Fig. 2-56
- Déport angulaire vertical
La valeur de ce déport est obtenue en soustrayant l’écartement entre les deux faces
d’accouplement, mesuré respectivement à 12 h et à 6 h. ce déport peut être négatif
(fig. 2-57a) ou positif (fig. 2-57b).
- Déport parallèle vertical
La valeur de ce déport est obtenue en mesurant la différence de hauteur de
l’accouplement sur les machines en position 12 h et 6 h. Ce type de défaut est
observé en regardant les machines à côté. On pourra parfois constater que le moteur
ou la machine fixe ne sont pas à la même hauteur. L’interprétation de la valeur du
déport parallèle vertical se fera en prenant comme référence la machine fixe.
a)
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b)
Fig. 2-57
Si le moteur est plus haut que la machine fixe, la valeur du parallélisme vertical est
positive (fig. 2-58a). Si le moteur est plus bas que la machine fixe, la valeur du
parallélisme vertical sera négative (fig. 2-58b).
a)
b)
Fig. 2-58
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- Déport angulaire horizontal
La valeur de ce dépôt est obtenue en soustrayant l’écartement entre les deux faces
d’un accouplement, mesuré respectivement à 3 h et à 9 h. Ce déport peut être
négatif (fig. 2-59a) ou positif (fig. 2-59b).
a)
b)
Fig. 2-59
- Déport parallèle horizontal
La valeur de ce déport est obtenue en mesurant perpendiculairement, à l’axe de la
machine, l’accouplement en position 3 h et 9 h. Ce type de défaut est observé en
regardant la machine par le dessus. On peut constater un déport parallèle horizontal
positif lorsque la machine à déplacer est positionnée à droite de la machine
(fig. 2-60a). Lorsque la machine est positionnée à gauche de la machine fixe, on
aura un déport parallèle horizontal négatif (fig. 2-60b).
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a)
b)
Fig. 2-60
2.10. Guidage en translation
- Par glissement (liaison glissière « lisse »)
C’est une solution constructive adaptée lorsque les vitesses de déplacement sont
faibles ou modérées (chariot de machine-outil conventionnelle). La liaison doit être
lubrifiée (fig. 2-61).
Fig. 2-61
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Le frottement élevé entraîne des phénomènes d’usure (perte de pression dans le
guidage). Les surfaces de frottement doivent présenter un bon état (rugosité très
soignée) et des caractéristiques mécaniques de surface adaptées (dureté élevée).
a) Solutions constructives avec « guidages maintenus » ou « fermés »
C’est une solution constructive permettant toutes les directions d’efforts sans risque
de déboîtement de la liaison glissière (fig. 2-62).
Fig. 2-62
Les solutions par profil rectangulaire et
par queue d’aronde nécessitent un
système de rattrapage de jeu (fig. 2-63).
Ce système permet de régler le jeu
fonctionnel nécessaire à la précision de
la liaison et de compenser l’usure liée
aux frottements élevés.
Fig. 2-63
b) Solutions constructives avec « guidages non maintenus » ou
« ouverts »
Les efforts latéraux (F) sollicitant la liaison (fig. 2-64) doivent être minimum (risque de
basculement). Cette solution constructive ne nécessite aucun système de rattrapage
de jeu.
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Fig. 2-64
La solution avec vé en creux est favorable à la lubrification mais favorise
l’accumulation d’impuretés (poussières, fragments de copeaux, etc.).
- Par roulements (liaison glissière avec interfaces roulantes)
Ce sont des solutions constructives permettant des fonctionnements sans jeu, avec
des vitesses de déplacement élevées, de rendement performant (frottement très
faible), avec efforts réduits sur la liaison. Très utilisées sur les machines-outils
modernes : machine à commande numérique, centres d’usinage. Selon le type, le
coût des composants utilisés est plus ou moins élevé.
a) Avec douilles à billes
Les douilles en billes
permettent d’assurer un
mouvement en translation (pas
de rotation) (fig. 2-65).
Fig. 2-65
Elles présentent des aptitudes
proches des roulements
(frottement réduit, grande
précision des déplacements,
fiabilité dans le temps). Les
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billes circulent, en se poussant
dans les canaux de la cage.
Elles sont tour à tour
chargées : en contact avec
l’arbre (fig. 2-66) ou non
chargées (dégagées de
l’arbre).
Fig. 2-66
Afin que toutes les billes soient sollicitées la longueur de course du chariot doit être
au moins quatre fois supérieure à la longueur (C) de la douille.
b) Avec systèmes de guidage à billes
Les systèmes KUE permettent des guidages linéaires précis, fiables, avec des
frottements réduits (fig. 2-67a). Ils réduisent les coûts de construction et de montage
à une valeur minimale.
a) b)
Fig. 2-67
Les systèmes présentes les caractéristiques spécifiques suivantes (fig. 2-67b) :
robustesse, facilité de montage, très bonne étanchéité, encombrement réduit en
hauteur, grande longueur de guidage.
c) Avec rails de guidage et plaquettes à aiguilles INA
C’est une solution constructive permettant un encombrement réduit, un entretien nul
et des frottements réduits. Les chemins de roulements doivent présenter une
rugosité précise (0,2 – 0,4) et une dureté minimale HRC 58. Comparées aux cages
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plastiques, les cages métalliques assurent une durée de vie supérieure et
nécessitent une lubrification.
Le guidage en translation avec rails de guidage et plaquettes utilisent deux types de
plaquettes : grilles à cage plastique série et grilles en équerre à deux rangées
d’aiguilles à cage métallique série (fig. 2-68a).
Le guidage peut être « maintenu » ou « non maintenue » (en appui libre) (fig. 2-68b).
a) b)
Fig. 2-68
d) Avec rails de guidage à billes ou à rouleaux (type R)
Le guidage avec rails à billes ou à rouleaux (fig. 2-69a) possède les mêmes
caractéristiques que les précédents. La gamme du montage doit suivre les positions :
1 → 2 → 3 → blocage (fig. 2-69b).
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a) b)
Fig. 2-69
2.11. Lubrification et graissage
Il existe deux cas de lubrification (fig. 2-70) :
- Les pièces (1 et 2) glissent l’une sur l’autre sans interposition de lubrifiant
entre les surfaces de liaison. Les contacts directs entre les aspérités de ces
dernières engendrent des échauffements, des arrachements qui accélèrent
l’usure et risquent de détériorer les surfaces (grippage) le frottement est
important.
- Un film de lubrifiant (d’épaisseur suffisante) est interposé entre les surfaces
qui ne sont plus en contact. Les problèmes précédents sont grandement
éliminés. Le frottement est très réduit (f ≅ 0,01).
Fig. 2-70
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2.11.1. Huiles et graisses
- Huiles
Les huiles ont un champ d’applications industrielles extrêmement vaste (toutes
lubrifications : roulement, engrenage, coussinet …circuits hydrauliques, lubrifiant
pour la coupe).
La composition des huiles est fonction de leur utilisation. Elles sont classées (ISO,
SAE) à partir de leur propriété principale – la viscosité (inverse de la fluidité).
L’élévation de la température réduit le pouvoir de viscosité. Autres propriétés des
huiles : onctuosité (pouvoir adhésif), volatilité, résistance à l’oxydation, à la corrosion.
La désignation est faite à partir de la classification ISO (fig. 2-71). Le nombre 32
exprime une viscosité moyenne. Les valeurs limites de viscosité à 40°C de cette
huile est de 28,8 à 35,2.
Fig. 2-71
Les différentes techniques de lubrifications à l’huile sont :
- lubrification par bain d’huile ;
- lubrification par injection d’huile ;
- lubrification par brouillard d’huile ;
- lubrification par circulation d’huile.
- Graisses
Les graisses peuvent être utilisées pour la lubrification d’engrenage, de chaînes, de
câbles d’articulation, de roulements, de galets.
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Elles sont en général classées à partir de leur propriété principale : la consistance
(résistance à la déformation de la grasse) qui est très sensible à l’élévation de la
température. Autres propriétés des graisses sont : point de goutte (tenue à la
chaleur), point de solidification, résistance au cisaillement.
- Analyse comparative succincte
2.11.2. Lubrification et protection des roulements
La lubrification permet d’accroître la durée de vie des roulements (diminution du
coefficient de frottement des éléments tournants, réduction de l’usure, élimination de
la corrosion, dissipation de la chaleur).
Les graisses et les huiles sont utilisées
pour lubrifier les roulements. La fig. 2-72
présente le graissage au montage des
roulements étanches ou protégés
(électroménager, moteur électrique de
petite puissance).
Fig. 2-72
- Système de lubrification à la graisse
Le graissage au montage ou à l’entretien peut être effectué à la main (fig. 2-73a) ou
par pompe à graisse (fig. 2-73b).
Le graissage manuel se fait sur les roulements étanches ou protégés et sur les
paliers. Le dispositif de graissage est inutile.
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a) b)
Fig. 2-73
La pompe à graisse est un dispositif très courant pour graissages périodiques. La
graisse est acheminée le plus près possible des chemins de roulements.
- Système de lubrification à l’huile
La bain d’huile est un dispositif utilisé dans les mécanismes fermés et étanches (fig.
2-74a). Le niveau d’huile doit être au niveau des corps roulants inférieurs des
roulements les plus bas. La vitesse doit être modérée car la dissipation de la chaleur
est limitée.
a) b)
Fig. 2-74
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Le système par circulation d’huile représente une pompe qui assure un débit
constant (fig. 2-74b). L’huile peut être filtrée et refroidie dans un échangeur ce qui
permet des montages à hautes performances (grandes vitesses de rotation).
- Protection des roulements
a) Dispositifs de protection non frottants (lubrification à la graisse)
b) Dispositifs de protection frottants (lubrification à la grasse et à l’huile)
2.11.3. Graisseurs, bouchons et voyants
- Graisseurs
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- Bouchons de vidange NF E 27-432
La matière de production des bouchons est choisie selon le fluide en contact et
pression de service parmi : acier, laiton, aluminium et matière plastique. Les
dimensions (fig. 2-75a) sont normalisées ainsi que la désignation (fig. 2-75b).
a) b)
Fig. 2-75
- Voyants de niveau d’huile
La construction et les dimensions des voyants de niveau d’huile sont normalisées
(fig. 2-76).
Fig. 2-76
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