Electromécani omécanicien cien(ne) de Maintenance Industrielle Notice Technique : Alignement d arbres Centre de formation de : Foulayronnes Gagnez en compétences - 1
OPERATION D ALIGNEMENT D ARBRES Extrait de la norme NF E 22.612 MAINTIEN DE L ALIGNEMENT DES ARBRES EN SERVICE L alignement de l arbre de la machine avec celui du moteur doit assurer en service la coïncidence des axes de rotation de ces deux arbres tournant dans leurs paliers. Cette réalisation sera facilitée si l on tient compte des remarques, ci-après : A/ Conception de l installation Habituellement, l installation est conçue de telle sorte que l on puisse réaliser l alignement des arbres en n agissant que sur un seul appareil (généralement la machine la plus facile à déplacer). Ce choix détermine l axe pris comme référence. Une possibilité de calage en hauteur et de déplacement des éléments constituants est réservée dès la conception ou au montage. Des vérins à vis bien adaptés peuvent remplacer le calage. B/ Conditions de service Elles sont souvent différentes des conditions de l alignement. Un premier alignement est généralement réalisé à l arrêt : les machines se trouvent à la température ambiante, et les boulons de fixation ne sont pas bloqués. L alignement réalisé sera corrigé pour tenir compte : - Des températures atteintes en service pour chacune des machines et des dilatations consécutives, Un calage approprié compensant la différence évaluée des hauteurs d axe de chaque machine sera réalisé. - Des déformations entraînées par le blocage des boulons de fixation, les corrections à apporter seront limitées, si l on adopte : Un petit nombre de cales : une ou deux (un empilage de cales est remplacé par une cale d épaisseur équivalente), Des cales ayant une surface d appui supérieure ou égale à la surface d appui des semelles des machines), Un calage de part et d autre des boulons et à proximité immédiate de ceux-ci. - Des déformations entraînées par des liaisons mécaniques rigides (dilatation, retrait, déplacement) - 2
Pour éliminer ou réduire ces déformations, il est prudent d adopter dès la conception, des dispositions tendant à annuler des efforts et couples parasites : Soit en utilisant des organes de liaison acceptant les déformations, Soit en limitant l effort : contrainte à froid s annulant en service, ancrage absorbant l effort. En tout état de cause, les efforts et les couples résiduels ne doivent pas dépasser les limites fixées par le constructeur. Le contrôle d alignement permet de s en assurer. C est la dernière opération à réaliser avant la mise en service. Dans le cas des ensembles montés sur socle, le contrôle de l alignement est réalisé successivement : Il permet de vérifier : - Chez le constructeur avant le passage au banc d essai, - Sur le site : après serrage du socle sur le massif en béton, après accouplement à la machine entraînée. - L absence de détérioration pendant le transport, - Le bon calage du socle sur le massif. - 3
L OPERATION DE LIGNAGE I / GENERALITES Pour des raisons de construction, très souvent, moteur et récepteur ne sont pas montés sur un arbre unique. Ce sont deux machines distinctes fixées sur un bâti et qui devront être accouplées. L accouplement sans précaution du moteur et du récepteur conduit à des arbres non lignés. II / CONSEQUENCES D UN MAUVAIS LIGNAGE - 4
a) Délignage moyen ou faible Il crée des vibrations qui dépendent de l importance du délignage. Il entraîne : - Des échauffements des paliers (à roulements ou lisse), dus à l annulation des jeux de fonctionnement, - La dégradation ou la détérioration des systèmes d étanchéité (feutre, joint à lèvre, garniture mécanique), - La destruction, plus ou moins rapide, des organes moteur et récepteur, - La destruction des organes de liaison de deux tourteaux de l accouplement. b) Délignage très important L arc boutement des arbres peut nous placer dans l impossibilité de mettre en fonction l installation. Afin d éviter ces différentes inconvénients parfois très graves, il est impératif de réaliser un assemblage correct du moteur et du récepteur en alignant les axes des arbres. Une opération de lignage se découpe en 4 phases. 1 ère phase : Défaut de parallélisme dans le plan vertical Remède : Correction du défaut de parallélisme vertical par des cales en X (fixation avant) Il subsiste un défaut de concentricité dans le plan vertical - 5
2 ème phase : Défaut de concentricité dans le plan vertical. Remède : Correction du défaut de concentricité verticale par des cales de même épaisseur en X et Y (fixation AV et AR) 3 ème phase : Défaut de parallélisme dans le plan horizontal - 6
Remède : Correction du défaut de parallélisme horizontal par déplacement de l un des éléments sur le bâti. Il subsiste un défaut de concentricité dans le plan horizontal. 4 ème phase : Défaut de concentricité dans le plan horizontal. Remède : Correction du défaut de concentricité horizontale par déplacement de l un des éléments sur le bâti. L ordre des 4 phases doit être respecté. La liaison des deux arbres est assurée par l assemblage des deux tourteaux. Cet ensemble constitue l accouplement. - 7
METHODE DE LIGNAGE AU JEU DE CALES OU AU COMPARATEUR PRINCIPE Mesure soit au jeu de cales, soit au comparateur, de l amplitude des défauts entre les 2 tourteaux, en parallélisme ou en concentricité. Dans les deux cas, on mesure la même chose, seule la précision varie. L équerre ou le comparateur permettant la mesure doit être fixé sur l un des 2 tourteaux. Les mesures sont effectuées en deux points diamétralement opposés de 180. Pour éviter des erreurs de lecture, il faut que les deux arbres puissent effectuer la même rotation de 180. Pour cela, il faut rendre les deux tourteaux solidaires par une broche avec jeu ; les rotations par demi-tour étant effectuées dans le même sens pour rattraper le jeu. PREPARATIFS - Nettoyage des surfaces des tourteaux, - Approche des 2 tourteaux, en fixant l appareil le plus rigide (collecteurs d aspiration, refoulement, etc ) - Vérifier la planéité des socles. - 8
LE LIGNAGE AU JEU DE CALES 1 ère phase : Mesure et correction du parallélisme vertical : - Rapprocher au maximum les 2 tourteaux et effectuer un lignage visuel, - Serrer les 2 organes à ligner sur le bâti, - Annuler le jeu de butée en poussant les tourteaux, - Monter la broche pour rendre les tourteaux solidaires. Mesurer l écartement des tourteaux aux points haut (H) et bas (B) Pour palier à d éventuels défauts, effectuer une rotation de 180 des 2 tourteaux et mesurer l écartement aux points haut (H) et bas (B). - 9
NOTA : Dans le cas d arbres parfaitement rectilignes et de tourteaux rectifiés, on aura : H = H ; B = B Valeur du défaut de parallélisme vertical (Pv) : Pv = (H + H ) (B + B ) / 2 Correction du défaut de parallélisme vertical Calcul de l épaisseur des cales : H > B = Pv positif B > H = Pv négatif Sinus α = Pv / D = X / a = Y / (a + b) - 10
Connaissant les valeurs de Pv, D, a et b, on calcule les valeurs de x et de y : x = Pv x a / D y = Pv (a + b) / D Si Pv est positif, mettre les cales d épaisseur : x = fixation AV ; y = fixation AR Si Pv est négatif, mettre les cales d épaisseur : x = fixation AR ; y = fixation AV 2 ème phase : Mesure et correction de la concentricité verticale : Mesurer la valeur de H : - 11
Mesurer la valeur de B : La valeur du défaut de concentricité verticale est égale à H B / 2 = Défaut NOTA : En effectuant la mesure sur le diamètre du tourteau, on enregistre une valeur égale à 2 fois l excentration des arbres, d où la nécessité de diviser par 2 la valeur obtenue dans le même plan. Correction du défaut de concentricité verticale : 1 er cas : Défaut positif (H > B) On place sous les 4 fixations de l organe le plus bas, des cales d épaisseur identique, égale au défaut. 2 ème cas : Défaut négatif (B > H) suivant possibilités : - 12
- Soit on enlève des 4 fixations de l organe le plus haut, des cales d épaisseur identique égale au défaut ; - Soit on place sous les 4 fixations de l organe le plus bas, des cales d épaisseur identique, égale au défaut. 3 ème phase : Mesure et correction du parallélisme horizontal : - Contrôler le serrage des organes sur le bâti, - Annuler le jeu axial. Mesurer l écartement des tourteaux aux points Td et Bd Pour pallier à d éventuels défauts, effectuer une rotation de 180 des 2 tourteaux et mesurer l écartement aux points Td et Bd. - 13
NOTA : Dans le cas d arbres parfaitement rectilignes et de tourteaux rectifiés, on aura : Td = Td et Bd = Bd. Valeur du défaut de parallélisme horizontal (Ph) : Ph = (Td + Td ) (Bd + Bd ) / 2 Correction du défaut de parallélisme horizontal - Calcul des valeurs de x et y Sinus α = Ph / D = x / a = y / (a + b) x = Ph x a / D y = Ph (a + b) / D - Fixer sur le bâti 2 comparateurs dont les palpeurs seront placés au niveau des boulons de fixation. - Les comparateurs seront placés du côté où les tourteaux présentent l écart le plus grand. - Desserrer légèrement les boulons de fixation de l organe à déplacer. - Effectuer le déplacement de la valeur de x et de y. 4 ème phase : Mesure et correction de la concentricité horizontale : - Contrôler le serrage des organes sur le bâti, - Utiliser l équerre précédemment fixée sur le tourteau. - 14
Mesurer la valeur de Td : Mesurer la valeur de Bd : La valeur du défaut de concentricité horizontale est égale à : Td Bd / 2 = défaut Correction du défaut de concentricité horizontale : - Fixer sur le bâti 2 comparateurs dont les palpeurs seront placés au niveau des boulons de fixation. - Les comparateurs seront placés du côté où les tourteaux présentent l écart le plus grand. - Desserrer légèrement les boutons de fixation de l organe à déplacer. Effectuer en x et en y, un déplacement identique, égal à la valeur du défaut. - 15
Avantage et inconvénient du lignage au jeu de cales Avantage Inconvénients - Méthode rapide, utilisée pour des tourteaux d accès difficile. - La fixation de l équerre est différente suivant le type de tourteaux. - Manque de précision dans le relevé des mesures. LE LIGNAGE AU COMPARATEUR - Lignage de 2 arbres suffisamment dégagés (turbines / réducteurs) - L opération comporte 4 phases : 1- Mesure du défaut de parallélisme vertical et correction 2- Mesure du défaut de concentricité verticale et correction 3- Mesure du défaut de parallélisme horizontal et correction 4- Mesure du déf aut de concentricité horizontale et correction I / MESURE DU DEFAUT DE PARALLELISME VERTICAL Cette opération nécessite l utilisation d un comparateur. NOTA : Le lignage préliminaire aura été suffisamment approché pour que le déplacement du palpeur du comparateur soit faible : - Positionner le comparateur à l aide du socle magnétique sur le tourteau de l appareil le plus haut (ceci pour faciliter le réglage ultérieur de la concentricité verticale) - Positionner le palpeur sur la face extérieure du tourteau de l appareil à régler. Régler la lunette tournante du comparateur à 0. - 16
- Tourner simultanément les 2 tourteaux de 180 et relever la variation de mesure comme suit : La mesure en B nous indiquera le défaut de parallélisme vertical : DEFAUT = B NOTA : Le sens de rotation de l aiguille du comparateur nous indiquera le sens d ouverture des tourteaux. Ex : Sens positif = ouvert en haut ; sens négatif = ouvert en bas - 17
II / MESURE DU DEFAUT DE CONCENTRICITE VERTICALE - Positionner le comparateur sur le tourteau de l appareil le plus haut à l aide du socle magnétique. - Positionner le palpeur du comparateur sur la circonférence du tourteau de l appareil à régler (de préférence au milieu). - Régler la lunette tournante du comparateur à 0. - Tourner simultanément les 2 tourteaux de 180 et relever la variation de mesure afin de déterminer la valeur du défaut de concentricité verticale. Rappel : En effectuant la mesure sur le diamètre du tourteau, on enregistre une valeur égale à 2 fois l excentration des arbres, d où la nécessité de diviser par 2 la valeur obtenue dans le même plan. III / MESURE DU DEFAUT DE PARALLELISME HORIZONTAL - Positionner le palpeur du comparateur sur la face extérieure du tourteau de l appareil à régler. - Régler la lunette tournante du comparateur à 0. - 18
- Tourner simultanément les 2 tourteaux de 180 et relever la variation de mesure comme suit : - la mesure au point Bd nous indiquera le défaut de parallélisme horizontal : DEFAUT = Bd IV / MESURE DU DEFAUT DE CONCENTRICITE HORIZONTALE - Positionner le palpeur du comparateur sur la circonférence du tourteau de l appareil à régler. - Régler la lunette tournante du comparateur à 0. - 19
- Tourner simultanément les 2 tourteaux de 180 et relever la variation de mesure afin de déterminer la valeur du défaut de concentricité horizontale DEFAUT = Bd / 2 AVANTAGE ET INCONVENIENTS DI LIGNAGE AU COMPARATEUR Avantage : Inconvénients : - Précision et rapidité dans le relevé des mesures. - Mise en place difficile ou impossible sur les petits appareils. - Appareil fragile nécessitant certaines précautions d emploi. - 20
ALIGNEMENT D ARBRES Exemple : Table de montage N 1 Le plan de travail de la table de montage doit être considéré comme étant le sol d un atelier ou le brut d un châssis de machine. Autrement dit, les surfaces de références sont inexistantes : IL FAUT LES CREER. - CREATION DES SURFACES DE REFERENCES : Création d un plan horizontal : Le plan horizontal peut être manipulé par la mise à niveau d une règle de précision calée (cales et clinquants) et verrouillée par presses d outilleur (serre-joints). La face de la règle représente le plan horizontal. Création d un plan vertical : L utilisation d une règle de précision à 2 faces perpendiculaires facilite l opération : le chant sera positionné de façon à être parallèle aux axes des futurs arbres de transmission. Les bords de la table de montage étant exclus, il ne reste plus que les trous taraudés de fixation des paliers comme repères. La règle de précision sera placée à une distance «y» de certains de ces trous. On choisira des points éloignés au maximum (A et B plutôt que C et D). - 21
On ne peut prétendre à une valeur très précise de «y» en partant de trous taraudés. Aussi, l utilisation d un réglet métallique suffit pour ce réglage que l on peut rendre plus aisé en montant des vis dans les 2 trous choisis, et en appuyant contre ces vis un barreau calibré (acier étiré par ex). - MONTAGE DE SEMELLES : Tous les positionnements des différentes semelles dépendent de la règle de précision préalablement dégauchie. Mise à hauteur des semelles : Plusieurs astuces permettent de placer les semelles à la bonne hauteur. Lorsque plusieurs semelles doivent être installées à la même hauteur et dans un même plan, on place la première au réglet métallique (ici, la grande tolérance de plus ou moins 2 mm l autorise pleinement), puis, on étalonne les différents instruments de contrôle sur cette première semelle (schémas ci-dessus). Les autres semelles sont alors positionnées directement par les instruments étalonnées (trusquin ou comparateur) sans avoir recours systématiquement au réglet. - 22
Mise à niveau des différentes semelles : Cette mise à niveau peut éventuellement, dans certains cas, être réalisée avec les instruments précédents mais il est souvent plus commode d utiliser un niveau de précision. Mise à niveau d une semelle dans 2 directions perpendiculaires : Mise à niveau d une semelle par rapport à une autre semelle : - MONTAGE DES ARBRES : En théorie absolue, si les semelles ont été préalablement rigoureusement dégauchies entre elles, les arbres doivent se retrouver horizontaux sans difficultés. Néanmoins, il est souhaitable de s en soucier en procédant à un contrôle après les avoir montés dans les paliers. Ci-contre, vérification du parallélisme d un arbre, par rapport à SR1, en recherchant le «point mort haut» au comparateur (les zones de contrôle seront éloignées au maximum et s appliqueront si possible, sur des diamètres de même valeur). - 23
- MONTAGE DE L ACCOUPLEMENT : Bien que la majorité des accouplements permet d absorber un léger défaut d alignement, dans la mesure du possible, on s efforcera d avoir des arbres concentriques au mieux. Les deux arbres sont concentriques si, pour les positions A et A et B et B, le comparateur affiche la même valeur dans chacun des cas. - MONTAGE DE L ENGRENAGE : Avec un engrenage, il y a mouvement : par conséquent, un jeu de fonctionnement est nécessaire. Ce jeu doit être le plus faible possible : trop de jeu provoque des à-coups donc des chocs ; un manque de jeu signifie que pignon et roue dentée sont en «pression», la puissance d entraînement doit être plus grande, il s en suit une usure rapide de tout le mécanisme. En phase de montage, il est fréquent de contrôler ce jeu à partir d une feuille à cigarette (l épaisseur voisine de 0,02 mm) que l on fera passer entre pignon et roue dentée. Sans effort particulier, la rotation manuelle des arbres engrenés doit provoquer le découpage de la feuille à cigarette. Toutefois, ce phénomène ne se produit qu à partir d engrenages en très bon état. Avec des ensembles non traités superficiellement, il est assez peu probable d obtenir un résultat très convaincant. On se contente alors de monter les dentures l une dans l autre, en évitant toute contrainte mécanique. - 24
- ESSAI DE L ENSEMBLE MONTE : Après avoir entraîné manuellement les différents arbres, il est bon de vérifier tous les serrages. Toujours avec un entraînement manuel, un nouveau contrôle de fonctionnement s impose (d autant plus, si on a resserré un élément mal bloqué). La mise en place de carters de protection est fortement recommandée. A ce moment là, le moteur électrique peut être raccordé et l ensemble mis en route. - 25