Fiche de cours n 1 : Guidage par roulements

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1 Sciences de l Ingénieur professeur : JY Loussouarn B Fiche de cours n 1 : Guidage par roulements Fonctions du produit B2 Transmettre l'énergie B21 Les liaisons mécaniques 1 Bases Tout a commencé quand on a voulu déplacer des objets lourds. Ne pouvant les porter, on les tirait! Sur certains terrains, on améliorait le glissement par des rails. Diminution des frottements en changeant les matériaux en contact. L'ajout d'huile améliora aussi le déplacement... Lubrification par huile ou graisse.... viennent ensuite, les rondins de bois. On avait alors découvert tous les principes d'une bonne liaison pivot. Découverte du roulement, supprimant ainsi, les frottemnts. Essayons de bien comprendre la révolution du roulement! : En déplaçant la pierre, elle frotte sur la planche, avec une perte d'énergie importante. Avec des rondins, il n'y a plus de frottement : ça roule. Ça roule Ça frotte page 1

2 2 Les pertes énergétiques 21 Cas du frottement P Le solide 1 est en mouvement par rapport au sol 0 à la vitesse V1/0. P correspond au poids total du solide 1. N et T sont les composantes de la force résultante de l'action mécanique transmise par le sol 0 sur le solide 1. F correspond à l'action mécanique neccessaire pour faire avancer le solide 1. 1 F T N 0 T N.f Loi de frottement: V1/0 Prenons un exemple: P = 50 dan f = 0,2 (acier/acier) V1/0 = 2 m/s (7,2 km/h) le principe fondamental de la statique (déplacement à vitesse constante) permet de dire que N = P et que F = T. Alors, dans le pire des cas : F = P. f F = 50 x 0,2 = 25 dan La puissance nécessaire pour faire avancer le solide 1 est : P = F.V P = 250 x 2 = 500 Watts 22 Cas du roulement P F F V1/0 1 r 0 On suppose que F P.L/2r F avec L/2r 0,01 dans le cas d'un roulement à bille. Alors, dans ce cas: On suppose qu'il y a une résistance au roulement uniquement entre le sol 0 et les éléments roulants. La résistance au roulement dépend principalement de la dimension L de la surface de contact avec le sol. N F = 0,01P F = 50 x 0,01 = 0,5 dan La puissance nécessaire pour faire avancer le solide 1 est : P= F. V P = 5 x 2 = 10 Watts T page 2

3 3 La liaison pivot 31 Liaison pivot simple Pour une liaison pivot, il nous faut un axe et une roue.cette solution peut présenter un inconvénient majeur : le frottement sec entre les matériaux peut engendrer des pertes énergétiques importantes mais ce n'est pas toujours le cas. Cela dépend du coefficient de frottement entre les matériaux. Roue (moyeu) Axe (Arbre) 32 Liaison pivot par coussinet On peut améliorer la liaison en changeant la nature des matériaux en contact. En insérant un coussinet en bronze ou en téflon. Un coussinet est un simple morceau de cylindre en général il est dessiné en coupe. Roue Axe Coussinet Autres montages et cotes importantes : Montage 2 : Diamètre intérieur Coussinet (simple) Diamètre extérieur Montage 1 : Longueur de guidage Coussinet à collerette page 3

4 33 Liaison pivot par roulement On peut améliorer encore avec le principe du roulement en plaçant des roulements à billes. Roue Axe Roulement Diamètre extérieur Diamètre intérieur Cotes importantes : ge ui da g e ur d gue n o L Longueur de guidage Arret en translation : 1 rt Effo l axi a Effort axial Une liaison pivot guide en rotation et doit aussi arrêter la translation due à un effort axial. Une suite d'obstacles arrête cette translation : Epaulement de l'axe 1 sur la bague intérieure du roulement de gauche Bague intérieure de gauche sur les billes Billes sur bague extérieure du roulement de gauche Bague extérieure du roulement de gauche sur épaulement de la roue 0. page

5 pour une raison de montage et démontage possible, d'autres solutions techniques sont utilisées comme obstacle. (anneau élastique, écrou à encoches...) Anneaux élastiques Effort axial Les roulements : 1 Composition d'un roulement: 1 : Bague extérieure, liée à l alésage (logement du 1 roulement) : Bague intérieure, liée à l arbre 3 : Cage, assure le maintien des éléments roulants : Eléments roulants, situés entre les deux bagues : 2 Types de charge supportees par les roulements : Charge. Charge. Charge. page 5

6 3 Les principaux types de roulements à billes et à rouleaux : Représentation Type de roulement Normale Conventionnelle Aptitude à la charge Radiale Axiale Aptitude à la vitesse Roulement à billes à contact radial Roulement à une ou deux rangées de billes à contact oblique Roulement à deux rangées de billes à rotule Il se monte par paire et en opposition. Les bagues sont séparables, facilitant le montage. Roulement à + coniques Légende : + : Très élevé Le plus utilisé. Très économique.existe en plusieurs variantes (Etanche, avec rainure et segment d arrêt ) Les roulements à une rangée de billes doivent être montés par paire. Avec une rangée de billes, la charge ne peut être appliquée que d un côté. Il se monte par paire. Il est utilisé lorsque l alignement des paliers est difficile ou dans le cas d arbre de grande longueur pouvant fléchir sensiblement. cylindriques rouleaux Utilisations Il supporte des grandes charges radiales. Les bagues sont séparables, facilitant le montage. Roulement à rouleaux Remarques : Elevé ++ : Modéré + : Passable 0 : Nul page 6

7 Règles de montage des roulements : Avec un jeu de montage, quand un roulement est mis en charge, la bague qui tourne par rapport à la direction de la charge roule sur son logement ou son arbre, il y a décollement de la couche d'oxydation. Les particules d'oxydes de fer (ou d'aluminium dans le cas de carter en alu) très abrasives viennent user l'arbre ou l'alésage d'ou destruction rapide par prise de jeu: Ce phénomène est appelé corrosion sous charge. page 7

8 Choix des tolérances de montage : page 8

9 5 Montage des roulements a billes a contact radial : 1er cas : ARBRE TOURNANT par rapport à la charge Ajustements : Les bagues intérieures tournantes sont montées.. : Tolérance de l arbre :. Les bagues extérieures fixes sont montées.. : Tolérance de l alésage :. Arrêts axiaux des bagues : Les bagues intérieures montées sérrées sont arrêtées en translation par quatre obstacles :... Les bagues extérieures montées glissantes sont arrêtées en translation par deux obstacles : nd cas : ALESAGE (moyeu) TOURNANT par rapport à la charge Ajustements : Les bagues intérieures fixes sont montées.. : Tolérance de l arbre :. Les bagues extérieures tournantes sont montées.. : Tolérance de l alésage :. Arrêts axiaux des bagues : Les bagues intérieures montées glissantes sont arrêtées en translation par deux obstacles :..... Les bagues extérieures montées sérrées sont arrêtées en translation par quatre obstacles :... page 9

10 6 Application : Touret a meuler Ensemble en rotation Echelle 1:2 (Meule) L arbre portemeule (2) est guidé en rotation par deux roulements (3) et (). Répondre aux questions suivantes : a) Colorier l ensemble des pièces en rotation b) De quel type de roulement s agitil?. c) Estce un montage à arbre ou à alésage tournant? d) Quelles sont les bagues montées serrées (extérieures ou intérieures)?. e) Identifier les obstacles arrêtant ces bagues axialement (A, B, C, D, E, F, G, H) :. f) La bague intérieure du roulement () est liée indirectement en translation avec l arbre (2), à gauche en G, à droite en H. Etablir sur le diagramme cidessous, la suite des contacts entre la bague intérieure et l arbre (2) : g) Les bagues extérieures sontelles montées avec jeu ou avec serrage?. h) Identifier les obstacles arrêtant ces bagues axialement (A, B, C, D, E, F, G, H) :. i) La bague extérieure du roulement (3) estelle liée en translation avec le bâti (1) (OUI ou NON)? j) Donner la tolérance des portées des bagues intérieures situées sur l arbre :..... k) Donner la tolérance des portées des bagues extérieures situées sur l alésage :.... l) Coter les portées de roulement sur l arbre (2) m) Coter les portées de roulement sur les alésages (1) et (8) page 10

11 7 Montage des roulements a rouleaux coniques : Ces roulements doivent être montés par paire et en opposition (roulements montés inversés). 1er cas : ARBRE TOURNANT par rapport à la charge MONTAGE DIRECT EN «X» Montage appelé en «X» car les perpendiculaires aux chemins de roulement dessinent un «X» Ajustements : FIXE Les bagues intérieures tournantes sont montées.. Tolérance de l arbre :. C Les bagues extérieures fixes sont montées.. Tolérance de l alésage :. D A B TOURNANT A Liaisons axiales des bagues : Les bagues intérieures avec l arbre : Les bagues extérieures avec l alésage : B D C Ajustement. Ajustement. 2nd cas : ALESAGE (moyeu) TOURNANT par rapport à la charge MONTAGE INDIRECT EN «O» Montage appelé en «O» car les perpendiculaires aux chemins de roulement dessinent un «O» Ajustements : Les bagues intérieures fixes sont montées.. Tolérance de l arbre :. Les bagues extérieures tournantes sont montées.. Tolérance de l alésage :. TOURNANT Liaisons axiales des bagues : Les bagues intérieures avec l arbre : Les bagues extérieures avec l alésage : C A B D FIXE D C A B Ajustement. Ajustement. page 11

12 8 Montage des autres types de roulement : Pour les roulements à rouleaux cylindriques, les roulements à deux rangées de billes à contact oblique et les montages mixtes, on applique les mêmes règles de montage que pour les roulements à billes à contact radial ( 5). Pour les roulements à une rangée de billes à contact oblique, on applique les mêmes règles de montage que pour les roulements à rouleaux coniques ( 7). 9 Application : Roue de remorque ou caravane Echelle 3 : La jante d une roue est fixée sur un ensemble moyeu/tambour de frein (2). Cet ensemble est guidé en rotation autour de la fusée de l essieu (1) avec deux roulements (3) et () : a) Colorier l ensemble des pièces en rotation b) De quel type de roulement s agitil?.... c) Estce un montage à arbre ou à alésage tournant?... d) Estce un montage direct en «X» ou indirect en «O»?.... e) Comment appelleton l écrou (6)?.. f) Quelle est la fonction de la rondelle (7)?.. g) Choisir une rondellefrein (7) entre les deux rondelles cicontre et justifier : (A) ou (B) : h) Les bagues intérieures sont montées serrées ou avec jeu?... i) Donner la tolérance des portées des bagues intérieures situées sur l arbre :..... j) Les bagues extérieures sontelles montées serrées ou avec jeu?..... k) Donner la tolérance des portées des bagues extérieures situées sur l alésage :..... l) Quel élément permet de régler axialement le jeu du montage des roulements?. m) Coter les portées de roulement sur la fusée de l essieu (1) n) Coter les portées de roulement sur l ensemble moyeu/tambour de frein (2). page 12