ISAT/CM/2A/Glissières

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2 Analyse et conception des liaisons glissières I - Liaison glissière parfaite : définition II - Exemples : Classification des solutions technologiques III- Liaison glissière lisse III.1 Solutions sans préoccupation du maintien de contact des surfaces conjugués III.2 Solutions avec surfaces de maintien des contacts III.3 Réglage du jeu III.4 Critères de dimensionnement III.5 Calcul de la pression maximale : surface plane IV- Liaison glissière par roulements IV.1 Introduction IV.2 Cages à éléments roulants IV.21 Description IV.22 Réalisation d une liaison glissière IV.23 Précision du mouvement IV.24 Graissage, étanchéité, protection IV.25 Problèmes techniques spécifiques

3 IV.3 Patins à éléments roulants (avec recircurlation) IV.31 Description IV.32 Exemples de montage IV.33 Durée de vie IV.4 Douilles à billes IV.41 Description et fonctionnement IV.42 Montage a - Précision du mouvement b - Montage des arbres c - Montage des douilles IV.43 Durée de vie IV.44 Exemples d application IV.5 Guidages sur galets IV.51 Nombre et disposition des galets IV.52 Montage des galets IV.53 Guidages sur galets standards. a - Caractéristiques - exemples b - Durée de vie

4 I - Liaison glissière parfaite : définition Schématisation d'une liaison glissière 2 r y O r z 1 Torseur des efforts transmissibles de S2 sur S1 au point O dans le repère xyz { F } X2/ 1 L2/ 1 : Y2 / 1 M2 / 1 0 N2/ O xyz xyz Torseur cinématique de S1 par rapport à S2 au point O dans le repère xyz O Liaison glissière parfaite - pas de frottement - { V } 1/ 2 O xyz : V 0 0 z1/ 2 O xyz

5 II - Exemples : Classification des solutions technologiques Exemple 1 : Exemple 2 : Liaison glissière lisse (contact direct entre S1 et S2) Liaison glissière par éléments roulants S3 entre S1 et S2

6 Analyse mécanique des deux solutions technologiques Liaison glissière lisse (contact direct entre S1 et S2) Liaison glissière par éléments roulants S3 entre S1 et S2 Surfaces de contact : plane et/ou cylindrique (surfaces de contact importantes) S1 glisse (frotte) sur S2 Surface de contact : ponctuelle ou linéique S3 roule sans glisser par rapport à S1 et à S2 Pression de contact modérée Usure importante essentiellement par abrasion / adhésion Pression de contact importante Usure par fatigue au roulement Le choix d une solution est un compromis entre : la précision du guidage (rattrapage de jeu ou non), la rigidité de la glissière, l importance des efforts, le coût, le rendement...

7 Glissière

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10 III - Liaison glissière lisse III.1 Solutions sans préoccupation du maintien de contact des surfaces conjuguées Surfaces de guidage : - Appui plan et contact linéique Surfaces de guidage : - Cylindre prépondérant et contact linéique ou ponctuel Toutes ces solutions ne permettent pas de supporter des efforts sur le coulisseau de direction et de sens quelconques.

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12 III.2 Solutions avec surfaces de maintien des contacts Surfaces de guidage : - Appui plan et contact linéique Surfaces de guidage : - Cylindre prépondérant et contact linéique ou ponctuel Guidages complets qui peuvent supporter des efforts de sens et de direction quelconques

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15 Arc-boutement L>2 df ou d < L 2 f

16 III.3 Réglage du jeu Principe : la position de l une des surfaces (sur le coulisseau ou la glissière) sont rendues réglables Réglage par enlèvement de matière Rectification de la surface S Rectification des surfaces S1 et S2 des cales

17 Réglage par interposition de feuilles de clinquant - Solution peu employée Réglage par déplacement d une cale de faible épaisseur (nommée lardon) Il faut remplir impérativement les deux conditions suivantes : assurer le déplacement de la cale assurer l immobilisation de la cale après réglage. Ces fonctions sont assurées à l aide de vis de pression et de vis d assemblage

18 Exemples Géométrie du lardon : Parallélépipède Réglage latéral : vis de pression (au moins deux) Immobilisation : écrou + téton Tour Esnault : Surfaces de guidage (F1, F2, F3) Maintien de contact (M1, M2, M3)

19 Tour Esnault : Surfaces de guidage (F1, F2, F3) Maintien de contact (M1, M2, M3)

20 Cas des glissières en queue d aronde Géométrie du lardon : Parallélépipède - le lardon doit être en équilibre sous les actions du coulisseau et des vis de pression. (qui ne doivent agir que selon leur axe) Solution : vis de pression + vis d assemblage Appareil d affûtage

21 Compte-tenu des inconvénients du lardon parallélépipédique réglé latéralement, on utilise souvent le lardon penté (en forme de coin) réglé en bout, bien qu il soit plus coûteux à fabriquer. Porte outil à aléser.

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24 III.4 Critères de dimensionnement Mêmes critères de dimensionnement que pour les liaisons pivots lisses En statique : pmax < padm pression admissible En dynamique: pmax < padm pression admissible (I) (p V) max < (p V) adm Critère thermique - puissance dissipée par frottement (II) Vmax < Vadm limite en vitesse pour éviter une usure importante (III)

25 En dynamique, le critère thermique est très restrictif Solution : Diminuer le frottement entre les surfaces de contact Lubrifier les paliers ET / OU Choisir des matériaux permettant de diminuer l'usure et le coefficient de frottement (revêtement anti-friction)

26 III.5 Calcul de la pression maximale : surface plane Pression de référence répartition de pression constante Rappel : Pression diamétrale l S2 L x l 2 Ri y p max F / = 2 1 ll p max Fr / l( 2R ) = 21 i Chargement centré

27 Autre cas de chargement répartition de pression constante linéaire l Rappel : Surface cylindrique r y l S1 S2 L Y x Re O S2 Ri r z X po y r F r21 / a l/2 p p max max F2/ 1 6X = 1 + ll l F2/ 1 6Y = 1 + ll L p max = Fr21 / a l( R ) l i Chargement décentré

28 IV - Liaison glissière par roulements IV.1 Introduction Liaison glissière lisse : surfaces de contact importantes, frottement, usure... supprimer le glissement Liaison glissière par éléments roulants Interposer entre le coulisseau et la glissière des rouleaux cylindriques ou des billes Utiliser des glissières étudiées et réalisées par des constructeurs spécialisés (INA,SKF,...) Cage à éléments roulants Patins à éléments roulants Douilles à billes Guidage sur galets

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30 IV.2 Cages à éléments roulants IV.21 Description Cette famille de solutions est essentiellement constituée par des éléments roulants : billes, rouleaux, aiguilles maintenus selon un espacement régulier par des cages. Ces ensembles peuvent se placer directement : - entre deux bandes de contacts définies pour les guidages lisses - entre des rails rapportés sur le coulisseau et la glissière

31 IV.22 Réalisation d une liaison glissière Les sous-ensembles ci-dessus convenablement groupés pour réaliser une liaison glissière donnent deux familles de solutions : les guidages dits ouverts (ou unilatéraux) les guidages dits complets (ou bilatéraux)

32 L utilisation de rouleaux avec deux rails en vé creux est possible à conditions d utiliser une cage à rouleaux dits croisés.

33 IV.23 Précision du mouvement Elle dépend essentiellement - pour les guidages ouverts du parallélisme des rails de la précision d usinage des surfaces d appui du guidage - pour les guidages fermés on retrouve les mêmes principes de réglages du jeu que pour les guidages lisses Réglage latéral Réglage en bout

34 IV.24 Graissage, étanchéité, protection Graissage: Faible graissage, à l huile ou à la graisse Etanchéité : - par joint racleur - par soufflet IV.25 Problèmes techniques spécifiques Cinématique du montage : Longueur du coulisseau et de la glissière L écriture de la condition de non glissement aux points I et J montre que le coulisseau a une course double de celle de la cage.

35 Si la course désirée est C et que la longueur de la cage est Lk alors la longueur théorique du coulisseau et de la glissière doit vérifier : L Lk C > + 2 Ce type de glissière a pour principal inconvénient de conduire à des courses très longues et donc un encombrement important.

36 Durée de vie nominale L Cw = P C L = H n P osc w 10 3 en 10 5 m avec : - Cw charge de base dynamique effective en N - P Charge équivalente en N en h rouleaux avec : La charge dynamique de base effective est donnée par : C C Z w = 10 - H course en m - n osc fréquence de mouvement de va et vient en mn en N avec : - C charge dynamique de base pour 10 éléments roulants (constructeur) Z nombre d éléments roulants que comporte une cage de longueur Lk Z = Lk 2e t + 1

37 La charge équivalente est donnée par : P = F pour un chargement centré P = g (excentration, Lk, F) pour un chargement décentré Charge équivalente pour montage dit «ouvert» avec charge excentrée

38 IV.3 Patins à éléments roulants (avec recirculation) IV.31 Description Selon les constructeurs, les éléments roulants sont des billes, des rouleaux à axes parallèles ou croisés. Si la vitesse du coulisseau est V, alors la vitesse de circulation des rouleaux est v=v/2

39 Remarques générales : - le guidage peut être unilatéral ou bilatéral - les rails de guidage sont du même type que ceux des cages à éléments roulants. - les problèmes de précision, de graissage et d étanchéité sont analogues à ceux des cages à éléments roulants. - le réglage du jeu s effectue généralement par une cale pentée avec réglage en bout.

40 IV.32 Exemples de montage 1- Patins à rouleaux cylindriques 2. Rails de guidage 3. Pièces d appoints - cales 1- Patins à rouleaux cylindriques 2. Cales de réglage 3. Rails de guidage rectangulaires

41 IV.33 Durée de vie Durée de vie nominale L C = P C L = H n P osc rouleaux en 10 5 m avec : - C charge de base dynamique en N (cf catalogue) - P Charge équivalente en N 10 3 en h avec : - H course en m - n osc fréquence de mouvement de va et vient en mn -1 La charge équivalente P peut être corrigée en fonction : - de la dureté du guidage - défaut angulaire - rigidité

42 IV.4 Douilles à billes IV.41 Description et fonctionnement Composition d une douille à billes : - bague extérieure comportant les chemins de roulements (en 100Cr6) - une cage (guidage des billes) - de plusieurs rangées de billes Fonctionnement - ce type de douilles est exclusivement réservée au mouvement de translation rectiligne sur arbre cylindrique. - des courses de grandes longueurs peuvent être effectuées

43 - Afin d assurer un fonctionnement interne correct des douilles (frottement réduit, déplacement régulier des billes, bruit diminué,...) la circulation des billes se fait - dans le plan tangent de l arbre.(encombrement radial minimal) - dans le plan contenant l axe de l arbre ce qui augmente le diamètre extérieur mais aussi la capacité de charge. (plus grand nombre de chemins de roulement)

44 Bague extérieure Cage Joint Une rangée de billes Cage Joint

45 IV.42 Montage Une douille à billes est susceptible de transmettre un effort radial F et un moment M. Afin de profiter au maximum des avantages techniques des douilles (précision, durée de vie,...), le guidage du coulisseau sur la glissière se fera toujours au moins sur trois douilles (ou quatre) afin de limiter le plus possible le moment M. Elle dépend : a - Précision du mouvement - du jeu radial entre les douilles et les arbres - du parallélisme des arbres et leur géométrie (circularité, cylindricité, rectitude des génératrices...) - de la rigidité de l ensemble sous charge (arbres et douilles)

46 b - Montage des arbres - Les arbres sont trempés, rectifiés et calibrés à (h6) ou (h7). - Les arbres peuvent être montés sur des paliers individuels (un à chaque extrémité). Cependant, il faut limiter la flèche maximale des arbres longs chargés radialement de façon importante. Pour cela, on utilise des arbres montés sur un support continu et des douilles «ouvertes».

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48 Douilles fermées : c - Montage des douilles - Les douilles des séries dites «économiques» sont montées serrées dans leur logement (H7) et sur un arbre usiné à h6. Le jeu interne radial résiduel est dans ce cas de l ordre de 19 à 22 µm. - Si l on veut ajuster au mieux, et selon les impératifs de la construction réalisée, le jeu interne radial, on utilise une douille fendue qui permet le choix d ajustement de l alésage de la douille de type (H6, J6, K6, M6). Douilles ouvertes : - mêmes ajustements. - Outre les arrêts axiaux, ces douilles doivent être arrêtées en rotation. (vis à téton, plaquettes...)

49 IV.43 Durée de vie billes L C = P 3 en 10 5 m avec : - C charge de base dynamique en N (cf catalogue) - P Charge équivalente en N L = 833 H n osc C P 3 en h avec : - H course en m - n osc fréquence de mouvement de va et vient en mn -1 La charge équivalente P est égale à la charge radiale qui peut être corrigée en fonction : - de la dureté du guidage - de la rectitude et du parallélisme des arbres. - de l orientation de la charge radiale par rapport aux rangées de billes. - du moment M : son existence réduit la capacité de charge possible. - du graissage...

50 IV.44 Exemples d application Porte broche de polissage d une machine destinée à travailler la pierre. Table à mouvements croisés pour appareil de contrôle

51 IV.5 Guidages sur galets IV.51 Nombre et disposition des galets - D un point de vue mécanique, il faut 5 galets pour réaliser la liaison glissière - Suivant la direction des efforts, il est souvent utile de prévoir des galets supplémentaires qui devront permettre un réglage du jeu.

52 IV.52 Montage des galets - Les galets sont montés «fous» sur leur axes, en chape ou en porte à faux. - Les galets sont facilement rendus réglables en position en interposant entre l axe et la pièce support une bague excentrée. Ceci permet le réglage du jeu coulisseauglissière.

53 IV.53 Guidages sur galets standards a - Caractéristiques - exemples Exemple : guidage linéaire SKF - Speedi Roll Vitesse linéaire : jusqu à 10 m/s Précision : 0.05 mm/m longueur de guidage : illimitée

54 b - Durée de vie billes C L = P L = 833 H n 3 osc C P 3 en 10 5 m avec : en h avec : - C charge de base dynamique en N (cf catalogue) - P Charge équivalente en N - H course en m - n osc fréquence de mouvement de va et vient en mn -1 La charge équivalente P est égale à la charge F appliquée sur la glissière corrigée en fonction de son orientation et divisée par le nombre de galets n. P F =. n fl

55 Caractéristiques de chaque famille de solutions Contact direct Interposition d éléments antifriction Interposition d éléments roulants Précision Performances (vitesses, cadences, rendements) Coefficient de frottement dans la liaison Intensité des actions mécaniques supportées Lubrification Moyenne Dégradation par usure Faibles Elevé : 0,05 à 0,2 Broutage à faible vitesse (stick slip) Moyenne Modérées Moyen / Faible Elevée Elevées Très faible : 0,001 à 0,005 Efforts de manœuvre réduits Faibles Modérées Elevées Nécessaire (importante) Autolubrifiant Au montage (faible) Inexistante (galet) Coût Faible Moyen Elevé Jeu Jeu mini nécessaire au fonctionnement Jeu mini nécessaire au fonctionnement Fonctionnement sans jeu

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