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ISAT/CM/2A/Glissières

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 conjuguésIII.2 Solutions avec surfaces de maintien des contactsIII.3 Réglage du jeuIII.4 Critères de dimensionnement

III.4 Critères de dimensionnement III.5 Calcul de la pression maximale : surface plane

IV- Liaison glissière par roulementsIV.1 IntroductionIV.2 Cages à éléments roulants

IV.21 DescriptionIV.22 Réalisation d’une liaison glissièreIV.23 Précision du mouvementIV.24 Graissage, étanchéité, protectionIV.25 Problèmes techniques spécifiques

IV.3 Patins à éléments roulants (avec recircurlation)IV.31 DescriptionIV.32 Exemples de montageIV.33 Durée de vie

IV.4 Douilles à billesIV.41 Description et fonctionnementIV.42 Montage

a - Précision du mouvementb - Montage des arbresc - Montage des douilles

c - Montage des douillesIV.43 Durée de vieIV.44 Exemples d’application

IV.5 Guidages sur galetsIV.51 Nombre et disposition des galetsIV.52 Montage des galetsIV.53 Guidages sur galets standards.

a - Caractéristiques - exemplesb - Durée de vie

� Schématisation d'une liaison glissière

� Torseur des efforts transmissibles de S2 sur S1 au point O dans le repère xyz

I - Liaison glissière parfaite : définition

2 1→

� Torseur cinématique de S1 par rapport à S2 au point O dans le repère xyz

{ }Vxyz

{ }Fxyz

2 1 2 1 2 1

Liaison glissière parfaite- pas de frottement -

II - Exemples : Classification des solutions technologiques

Exemple 1: Exemple 2:

Liaison glissière lisse(contact direct entre S1 et S2)

Liaison glissière par éléments roulants S3entre S1 et S2

�Analyse mécanique des deux solutions technologiques

Liaison glissière par éléments roulants S3entre S1 et S2

Liaison glissière lisse(contact direct 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...

Glissière

III - Liaison glissière lisse

III.1 Solutions sans préoccupation du maintien de contact des surfaces conjuguées

Surfaces de guidage: - Appui planet contact linéique

Surfaces de guidage: - Cylindre prépondérantet contact linéique

ou ponctuel

Toutes ces solutions ne permettent pas de supporter des efforts sur le coulisseaude direction et de sens quelconques.

III.2 Solutions avec surfaces de maintien des contacts

Surfaces de guidage: - Cylindre prépondérantet contact linéique ou

ponctuel

Surfaces de guidage: - Appui planet contact linéique

Guidages complets qui peuvent supporter des efforts de sens et de direction quelconques

Arc-boutement

LdoudfL

III.3 Réglage du jeu

Principe : la position de l’une des surfaces (sur le coulisseau ou la glissière) sont rendues réglables

Rectification de la surface S

� Réglage par enlèvement de matière

Rectification des surfaces S1 et S2 des

� 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

Exemples

Géométrie du lardon : ParallélépipèdeRéglage latéral : vis de pression (au moins deux)Immobilisation : écrou + téton

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

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

� 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.

III.4 Critères de dimensionnement

En statique :pmax < padm

pmax < padmEn dynamique:

pression admissible

Critère thermique - puissance

Mêmes critères de dimensionnement que pour les liaisons pivots lisses

(p V) max < (p V) admCritère thermique - puissancedissipée par frottement

Vmax < Vadm limite en vitesse pour éviter une usure importante

En dynamique, le critère thermique est très restrictif

Solution :

Diminuer le frottement entre les surfaces de contact

Lubrifier les paliersChoisir des matériaux permettant de diminuer l'usure et le coefficient de

frottement(revêtement anti-friction)

ET / OU

� Rappel : Pression diamétrale

III.5 Calcul de la pression maximale : surface plane

� Pression de référence

répartition de pression constante

( )= 2 1

l Lmax/= 2 1

Chargement centré

� Rappel : Surface cylindrique

�Autre cas de chargement

OS2 Ri

répartition de pression constante linéaire

Chargement décentré

( )= +

Fr 2 1/ a

lmax/= +

Lmax/= +

IV - Liaison glissière par roulements

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, ...)

IV.1 Introduction

(INA,SKF, ...)

Cage à éléments roulants

Patins à éléments roulants

Douilles à billes

Guidage sur galets

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

IV.22 Réalisation d’une liaison glissière

� Les sous-ensembles ci-dessus convenablement groupés pour réaliser une liaisonglissière donnent deux familles de solutions :

� les guidages dits ouverts (ou unilatéraux)

� les guidages dits complets (ou bilatéraux)

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

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

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.

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 :

Ce type de glissière a pour principal inconvénient de conduire à des courses très longues et donc un encombrement important.

� Durée de vie nominale

en 105 m avec : - Cw charge de base dynamique effective en N

- P Charge équivalente en N

avec : - H course en m - nosc fréquence de mouvement de va et vient en mn-1

833103 en h

rouleaux

La charge dynamique de base effectiveest donnée par :

79 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

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

IV.3 Patins à éléments roulants (avec recirculation)

IV.31 DescriptionSelon 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

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.

IV.32 Exemples de montage

1- Patins à rouleaux cylindriques

2. Rails de guidage3. Pièces d’appoints - cales

1- Patins à rouleaux cylindriques

2. Cales de réglage3. Rails de guidage

rectangulaires

IV.33 Durée de vie

� Durée de vie nominale

en 105 m avec : - C charge de base dynamique en N (cf catalogue)

833103

rouleaux

de va et vient en mn

La charge équivalente P peut être corrigée en fonction :

- de la dureté du guidage- défaut angulaire- rigidité

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

- 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)

Bague extérieure

Une rangée de billes

IV.42 Montage

a - Précision du mouvement

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 :

- 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)

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».

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

Douilles fermées:

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....)

IV.43 Durée de vie

en 105 m avec : - C charge de base dynamique en N (cf catalogue)

billes

de va et vient en mn

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...

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

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

souvent utile de prévoir des galets supplémentaires qui devront permettre un réglage du jeu.

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 coulisseau-glissière.

IV.53 Guidages sur galets standards

a - Caractéristiques - exemples

Exemple: guidage linéaire SKF - Speedi Roll

Vitesse linéaire : jusqu’à 10 m/sPrécision : 0.05 mm/mlongueur de guidage : illimitée

b - Durée de vie

en 105 m

billes

La charge équivalente P est égale à la charge F appliquée sur la glissière corrigée en fonction de

avec : - C charge de base dynamique en N (cf catalogue)

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 .

n fl= .

Caractéristiques de chaque famille de solutions

Contact directInterposition d’éléments antifriction

Interposition d’éléments roulants

PrécisionMoyenne

Dégradation par usure

Moyenne Elevée

Performances (vitesses, cadences,

rendements)

FaiblesModérées Elevées

Coefficient de frottement dans la

Elevé : 0,05 à 0,2 Broutage à faible Moyen / Faible

Très faible : 0,001 à 0,005

Efforts de manœuvre

frottement dans la liaison

Broutage à faible vitesse (stick slip)

Moyen / FaibleEfforts de manœuvre

réduits

Intensité des actions

mécaniques supportées

Faibles Modérées Elevées

LubrificationNécessaire (importante)

AutolubrifiantAu montage (faible)Inexistante (galet)

Coût Faible Moyen Elevé

JeuJeu mini

nécessaire au fonctionnement

Jeu mini nécessaire au

fonctionnement

Fonctionnement sans jeu

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