TERMINALE S.T.I. 1 / 8 I) Etanchéité, généralités onction. La fonction de service d une étanchéité en général, est de réaliser une frontière matérielle entre deux milieux ambiants différents. Ces deux milieux se différencient par la nature des fluides qui les composent. Exemple : rontière entre : Un fluide liquide et un fluide gazeux. (Entre l intérieur d un mécanisme lubrifié à l huile et l air ambiant de l extérieure). Deux fluides liquides de natures différentes. (Entre l huile et le liquide de refroidissement dans un moteur : c est en parti le rôle du joint de culasse). Deux fluides gazeux de natures différentes. (Entre le gaz frigorifique sous pression d une climatisation et l air ambiant.) Il existe deux familles d étanchéité 1 Etanchéité entre des pièces immobiles les unes par rapport aux autres. STATIQUE. 2 Etanchéité entre des pièces mobiles les unes par rapport aux autres. DYNAMIQUE.
TERMINALE S.T.I. 2 / 8 II) Etanchéité STATIQUE. Cette fonction est à réaliser le plus souvent entre des pièces en contact. 2-1) Nature des surfaces de contact. La solution technologique varie en fonction de la nature des surfaces en contact. Ex : Quant la surface de contact est un filetage, on intercale un ruban de téflon entre le filetage et le taraudage pour assurer l étanchéité (assemblage de tuyauterie) La nature des surfaces en contact est caractérisée par : -Sa géométrie. Plan, filetage, cylindre, sphère, cône, etc -La qualité d usinage. Etat de surface, qualité géométrique et dimensionnelle. 2-1-1) DIRECTE. On appelle étanchéité directe entre deux pièces, une étanchéité obtenue sans l aide de joint intermédiaire. Pour utiliser cette solution, les surfaces en contact doivent être soit coniques soit planes. Et surtout elles doivent être géométriquement d excellente qualité. Excellente planéité et état de surface pour les plans (glaçage) Excellente conicité et état de surface pour les cônes (rodage) Les deux pièces sont maintenues en contact grâce à des éléments filetés appliquant un effort suffisant pour déformer les deux surfaces. Le contact est assuré sur toutes l étendu nécessaire à la réalisation matérielle de la frontière. Exemple d'application : Entre surfaces coniques : Soupapes d un moteur 4T avec le siège. Entre surfaces planes : Disques en céramique d un robinet sans joint. (robinet de salle de bain, d évier etc )
TERMINALE S.T.I. 3 / 8 2-1-2) Etanchéité indirecte On interpose un élément déformable entre les deux pièces pour épouser les irrégularités géométriques des surfaces de contact. Joint Solide fluide gazeux fluide liquide joint (papier, caoutchouc, liège,...) Avantage: Les défauts géométriques admissibles des surfaces peuvent être importants (surtout pour les joints en caoutchouc et en liège. Inconvénient: La distance entre les deux pièces varie avec la valeur de l'effort de contact (déformation du joint). Joint pâteux bourrelet de pâte à joint réalisant la frontière Avantages : -Le joint ne modifie pas la distance entre les deux pièces. -La pâte rempli les cavités (aspérités) dues aux défauts géométriques des deux surfaces. -Solution très économiques (souvent appliquée en maintenance) Inconvénients : -Il faut nettoyer la surface à chaque démontage et remettre de la pâte à joint. -L automatisation de la mise en place de la pâte est coûteuse (robot).
TERMINALE S.T.I. 4 / 8 Joint torique fluide 2 ligne de contact matérialisant la frontière fluide 1 joint torique en caoutchouc Solution courante : pas d influence sur la distance entre les pièces
TERMINALE S.T.I. 5 / 8 III) DYNAMIQUE. Cette fonction est à réaliser le plus souvent entre des pièces ayant 1 voir 2 degrés de liberté au maximum (1 translation et une rotation). Lorsqu'il y a plus de deux degrés de liberté, l'étanchéité est réalisée, le plus souvent, par un soufflet en caoutchouc. exemple: - levier de vitesse de voiture (le soufflet réalise l'étanchéité entre l'air froid et odorant de l'extérieur avec l'air chaud de l'habitacle). air chaud air froid Nous limiterons l'étude à l'étanchéité entre solides en liaisons pivot (1 degré de liberté : 1translation ou 1rotation). Il existe 2 grands types de dispositifs d'étanchéité: 1- Dispositif d'étanchéité sans frottement. 2- Dispositif d'étanchéité avec frottement.
TERMINALE S.T.I. 6 / 8 3-1) Dispositif d'étanchéité sans frottement Cas d'utilisation : étanchéité d'un mécanisme lubrifié à la graisse (cas général), à l'huile (cas très particulier). Principe : Il n'existe pas de contact entre les deux éléments en mouvement (arbre et carter) mais seulement un passage suffisamment étroit (Labyrinthe, chicanes..) et de forme étudiée pour empêcher le passage du fluide d'un milieu à l'autre. Avantage : Il n y a ni échauffement ni usure. La vitesse de rotation est illimitée. Inconvénients : La pression doit êtres la même de part et d'autre de la frontière. Exemple d utilisation courante : Turbo compresseur de moteur (camion, voiture, ) 3-2) Dispositif d'étanchéité avec frottement Cas d'utilisation : - Etanchéité très poussée d'un mécanisme lubrifié à l'huile (cas général). - Etanchéité très poussée d'un mécanisme lubrifié à la graisse Principe : On vient interposer un élément élastique réalisant une frontière parfaitement étanche entre les deux milieux. Le joint est en contact et glisse sur la pièce en mouvement. Il y a frottement, échauffement, perte de puissance, usure, etc...
TERMINALE S.T.I. 7 / 8 3-2-1) ARBRE ET ALESAGE EN MOUVEMENT DE TRANSLATION. Joint torique et joint à 4 lobes. Ces joints sont utilisés pour réaliser une étanchéité dynamique seulement lorsque le mouvement de l arbre par rapport à l alésage est une TRANSLATION RECTILIGNE à très faible vitesse. Joint torique Joint à 4 lobes Exemple d utilisation courante : Vérin pneumatique et hydraulique. 3-2-2) ARBRE ET ALESAGE EN MOUVEMENT DE ROTATION. Joint à lèvre. Ce sont des joints pour une étanchéité dynamique très poussée, mouvement de rotation uniquement. Ils sont essentiellement utilisés avec les huiles. Compacts, ils se composent d une lèvre (en contact avec l arbre) en forme de couteau, frottant radialement sur l arbre et réalisant la frontière étanche. Un ressort de forme torique situé dans une gorge à l intérieur du joint permet de plaquer la lèvre sur l arbre rattrapant ainsi l usure de cette dernière. Principales variantes : joint à une lèvre ; joint à deux lèvres, la lèvre supplémentaire est dite anti-poussière. Conditions d utilisation : Ils doivent êtres utilisés sous faible pression (1 bar maxi) La vitesse circonférentielle (V) au contact avec l arbre est limitée à 8m/s. 30 2 V π N D = avec : - N : fréquence de rotation de l arbre en trs/mn -D : Diamètre de l arbre en mètre
TERMINALE S.T.I. 8 / 8 Images 3d en coupe Joint à une ou deux lèvre (représentation normalisée). Cotation et exemple de montage