Prsentation PowerPoint

Premire partie: Guidage en Rotation Enseignant: Mr Nafa AliCHAPITRE 02 Licence: Construction McaniqueMatire: Construction mcanique-2Transmission de MouvementCalcul et DimensionnementPaliers lisses, Paliers et butes roulements, 2.1.1 Gnralits2.1 Guidage en rotation:On appelle guidage en rotation la solution constructive associe une liaison pivot entre un arbre ou axe et un logement ou alsage. La reprsentation cinmatique de cette liaison pivot est illustre sur le tableau (2.1). Reprsentation symbolique en projections orthogonalesReprsentation symbolique en perspectiveMouvements relatifs autorissUne rotation Rx

Tableau (2.1): Reprsentation cinmatique dune liaison pivot Le choix dune solution constructive se base sur les indicateurs de qualit suivants:Niveau de prcision du guidageIntensit et direction des actions mcaniques transmissiblesVitesse de rotation admissibleFiabilitEncombrementMaintenabilit CotEn effet, un guidage en rotation doit assurer les fonctions du tableau (2.2):FonctionsCaractristiques des fonctionsCritres dapprciationNiveauPositionner de faon stableles deux pices entre ellesPrcision de la mise en positionx, y et zy, zPermettre un mouvementrelatif de rotation autourdun axeRendementEn %Vitesses de rotation (minimale,nominale, maximale)En Rd/s ou tr/minTransmettre les actionsmcaniquesActions mcaniques transmissiblesFx, Fy, Fz, My, NzDure de vieEn nombres dheures defonctionnementRsister au milieuenvironnantEspacement des visitesEn heures defonctionnementDure de vieEn heures defonctionnementTableau (2.2): Fonctions exiges par le guidage en rotationLes organes mcaniques servant raliser cette liaison et assurer le guidage des axes et des arbres dans leur rotation tout en supportant les efforts que subissent ces pices, sont appeles paliers.Suivant la nature du frottement entre surfaces actives, on distingue les paliers lisses et les paliers roulements.2.1.2 Paliers lisses:

a-Dfinition: Dans la plupart des cas ces paliers se composent dun corps, dun coussinet et dun appareil de graissage (fig.2.1).1-coussinet2-rainure dhuile pour graissage3-vis de fixation4-carter de machineFig. (2.1): Composants dun palier lisseLes coussinets sont souvent interposs entre un arbre et son logement pour diminuer le frottement et faciliter ainsi le mouvement de rotation et/ou translation.b. Matriaux: Les coussinets (ou paliers lisses) doivent tre raliss en un matriau prsentant de bonnes qualits frottantes: faible coefficient de frottement, bonne rsistance lusure par frottement, inaptitude au soudage, facilit de rodage. On utilise les matriaux suivants:bronzes: alliages de cuivre et des matriaux (tain, plomb, aluminium);babbitts: alliages antifrictions base dtain, de plomb; C'est un alliage relativement mou qui minimise les dangers de grippage et de serrage sur les arbres des machines. Ce type d'alliage peut travailler des tempratures n'excdant pas90C. Alli avec le bronze, il peut supporter de plus grandes charges des tempratures plus leves.fonte antifriction:(lorsque les vitesses de glissement sont trs faibles 12 m/s).Tflon appel PTFE: Polyttrafluorothylne ayant une composition chimique particulire de polymres qui ne renferment que des atomes de carbone et de fluor, polyamide).Les coussinets peuvent tre utiliss sec ou avec lubrification.Fig. (2.2): Coussinets autolubrifiantsc. Diffrentes familles de coussinets: Coussinets autolubrifiants: Ils sont fabriqus partir de poudre de bronze (cuivre 78% + tain 22%) ou d'alliage ferreux (fer + cuivre + plomb) compactes. Ces poudres sont dans un premier temps comprimes dans un moule puis chauffes dans un four pour obtenir des pices poreuses. Cette opration de fabrication sappelle le frittage.Un lubrifiant (huile ou graphite) est ensuite inject dans les porosits du coussinet. Dans le cas de lhuile, le coussinet restitue lhuile en fonctionnement, et labsorbe larrt Fig.(2.2).

Fig. (2.3): Coussinet compositeCoussinet composite type Glacier: Ils peuvent fonctionner sec ou avec un lger graissage au montage sous des vitesses priphriques inferieures 3m/s. Ils sont constitus de 3 couches principalesFig.(2.3):La base est une tle dacier roule (+ cuivre et tain) Une couche de bronze fritteLa surface frottante en rsine actal ou en PTFE avec addition dun lubrifiant solide: plomb, graphite.Coussinets polymres: Ils sont constitus dun seul matriau polymre homogne, qui peut tre du PTFE (polytrafluorthylne), nylon, actal, etc. Ils sont utiliss lorsquil est ncessaire davoir une grande rsistance chimique. Ils sont insensibles aux poussires. Ils ont pour inconvnient de se dformer sous charge (fluage), et davoir un faible coefficient de conductivit thermique (mauvaise vacuation de chaleur).La construction dun palier lisse dpend de la construction de la machine, il peut tre ferm ou ouvert Fig.(2.4).

d.Paramtres gomtriques: Avec:diamtre D=2R et longueur L de la bague lie diamtre d=2r de larbre reprejeu radial j avec j=R-r entre la bague et larbre.01

Fig.(2.5) Description gomtrique dun palier lissee. Architecture de la liaison:Les paliers lisses servent raliser une liaison pivot ou bien une liaison pivot glissant. Dans les deux cas, on rencontre deux types de solution:1er cas: palier long fig.(2.6):La liaison est ralise partir dun seul palier long. Pour les valeurs usuels de jeu (j=D/2000) le rapport (L/D) est pris suprieur 1,5 pour confrer lensemble le comportement dune liaison pivot ou pivot glissant.

Fig.(2.6): Palier lisse long au comportement dune liaison du type pivot glissant.2me cas: Palier court fig.(2.7)Fig. (2.7): Palier court liaison pivot

f,Frottementet rgimes de fonctionnement:Le frottement apparait entre les pices en contact quand il y a une force pressant ces pices pendant leur mouvement relatif. En fonction de la nature du mouvement relatif on distingue le frottement de glissement et le frottement de roulement.De mme, on distingue le plus souvent 4 rgimes de fonctionnement:Rgime sec: Contact direct, pas de film dhuile entre coussinet et pice.Rgime onctueux: Prsence dun mince film dhuile entre coussinet et pice.Ces deux rgimes sont les plus courantes, calcul simple. Les coussinets sont en bronze ou polymres, et dimensions normalises. Usure invitable.Rgime hydrodynamique: Prsence dun pais film dhuile entre coussinet et pice. Ce film dhuile se cre uniquement en rgime permanent du mcanisme, et est d au phnomne de portance. Une vitesse minimale est atteindre pour que ce phnomne apparaisse.Application de ce rgime avec produit P.V lev, et une marche en continu durant de trs grandes priodes. Calcul complexe avec usure au dpart et larrt. Les coussinets sont en alliage de zinc, tain, plomb, cuivre, etc.

Fig. (2.8): portance dans le palier hydrodynamique Rgime hydrostatique: Prsence dun pais film dhuile entre coussinet et pice. Ce film dhuile est cr artificiellement dans le palier par injection sous pression du lubrifiant. Application spcialise; calcul complexe; vitesse faible; installation coteuse; aucune usure. g- Avantageset inconvnients:Le tableau (2.3) dresse un bilan des avantages et inconvnients des deux types de paliers (lisses et roulements):CaractristiquePalier lisseRoulementAmortissement des vibrations et des chocsSensibilit aux branlements et vibrationsBonFaibleMauvaisforteEncombrement radialPrcision de guidageExigence sur les tolrancesPossibilit de plusieurs picesFaibleMeilleureMoyenneOuiPlus grandMoins bonneGrandeNonDure de vieIllimite dans les cas favorablesLimiteGrandes vitessesOuiNonQuantit de lubrifiant requisePuissance perdueComportement au dmarrage SurveillanceRodageGrandePlus grandeMauvaisAbsolument ncessaireouiFaiblePlus faibleBonMoins imprativeNonTableau (4.3): avantages et inconvnientsConsquence dune avarie Souvent graves (arbre dtrior)Souvent bnignes(remplacer le roulement)Tableau (2.3): avantages et inconvnients22Cest pourquoi on prfre le palier lisse dans les circonstances suivantes:Pour rduire le bruit;Pour les grandes vitesses;Lorsque lexigence de prcision de la rotation est grande.h-Applications:pour les arbres qui subissent les charges de choc et vibrations;pour les arbres couds quand selon les conditions dassemblage on a besoin des paliers ouverts;pour les arbres de grands diamtres;pour des arbres rapides o la longvit des roulements nest pas suffisante;pour les machines de petites vitesses.i- Calcul des paliers lisses:Ce calcul concerne des paliers lisses travaillant dans le rgime de frottements onctueux:1-calcul des paliers radiaux: On fait ces calculs suivant la valeur de la pression moyenne.

Fig. (2.9)Charge radiale

Fig. (2.9)Domaine de validitTableau (2.3): Donnes relles des limites admissibles

Fr: charge radiale sur le palier

l: longueur du coussinet d: diamtre du tourillonv: vitesse linaire dans le palier: Coefficient de longueur du palier

Caractristique de lintensit du coussinetFig. (2.10)Charge radiale2-Calcul des paliers axiaux (Crapaudines):Une crapaudine est une pice de mtal constitue par un palier de bute destin recevoir l'extrmit du pivot d'un arbre vertical et un palier de guidage destin absorber les efforts radiaux.On parle parfois de palier vertical charge axiale. En effet, le but de la crapaudine est bien de permettre la rotation d'un arbre dont la charge est dans le prolongement de son axe. Quand cet arbre est horizontal, on parle de palier.Les diffrentes crapaudines sont constitues de divers lments en fonction de leur montage: une chape qui forme l'enveloppe, un coussinet, un grain, un contre-grain, un collet, une bute bille.

Crapaudines: A=grain plat, B=grain sphrique, C=Bute billes, D=crapaudine de Mitchell. 1=coussinet, 2=contre-grain, 3=grain, 4=colletFig. (2.9)CrapaudinesPaliers axiaux pivot ajour:

: Coefficient qui tient compte des rainures de graissage; = (0,8 ....0,9)

V: vitesse moyenne de glissementPaliers axiaux pleins:

Fig. (2.11)paliers axiaux pleins2.1.3 Les Roulements:2.1.3.1 Introduction:Le roulement est un organe mcanique destin permettre le guidage en rotation et la transmission des efforts entre deux pices en rotation l'une par rapport l'autre avec un frottement minimal.2.1.3.2 Composition:Un roulement est normalement constitu de quatre lments diffrents (Fig. 2.13) :- Une bague extrieure : elle sera monte dans un logement mnag dans un bti fixe ou un moyeu tournant ;- Une bague intrieure: rendue solidaire du tourillon de l'arbre tournant ou fixe ;- Des lments roulants: qui permettent la rotation relative d'une bague par rapport l'autre ;- La cage: qui maintient l'cartement des lments roulants et les empche de frotter l'un contre l'autre.

diamtre extrieurAlsageBague extrieurBague intrieur FaceBilleGageLargeurFigure 2.13 : Principaux lments constitutifs d'un roulement2.1.3.3. Principaux types de roulements:a) Roulements une range de billes contact oblique:Dans le roulement une range de billes contact oblique (figure 2.12), l'angle de contact des billes sur les pistes donne une capacit de charge axiale importante. Ce type de roulement peut supporter des charges axiales pures ou des charges combines condition que la proportion charge axiale sur charge radiale reste suprieure une valeur qui dpend de l'angle de contact.

Figure 2.12 : Roulement une range de billes a contact obliqueDomaine dutilisation : Nous utilisons principalement ce type des roulements dans les moteurs lectriques verticaux avec charge axiale, paliers de bute de pompes, machines-outils, roues avant d'automobiles, etc. b) Roulements rotule sur deux ranges de billes:Ce roulement comporte deux ranges de billes roulant sur deux pistes de la bague intrieure et dans la mme piste sphrique de la bague extrieure (Fig.2.14).Domaine dutilisation : Nous utilisions ces types des roulements dans les paliers de transmission et les ventilateurs centrifuges, etc.

Figure 2.15 : Roulement une range de rouleaux cylindriqueFigure 2.14 : Roulement rotule sur deux ranges de billesc) Roulements une range de rouleaux cylindriques: Ce roulement peut supporter des charges radiales assez leves mais pas de charges axiales, sauf dans le cas des roulements NJ ou NUP. Il convient aux grandes vitesses (Fig.2.15).

Domaine d'utilisation : L'utilisation principale de ce type des roulements: moteurs lectriques, turbocompresseurs, ventilateurs, botes de vitesses, etc.d) Roulements deux ranges de rouleaux cylindriques:Ce type de roulement offre la fois une grande capacit de charge radiale et une faible dformation lastique. Les broches de machines-outils, dans lesquelles les charges radiales sont supportes par des roulements rouleaux cylindriques, sont gnralement munies de butes billes contact oblique pour supporter les charges axiales (Fig.2.16).

Figure 2.17 : Roulements aiguillesFigure 2.16 : Roulements deux ranges de rouleaux cylindriquese) Roulements aiguillesLes roulements aiguilles (fig.2.17) comportent des lments roulants cylindriques d'un diamtre relativement petit par rapport leur longueur. Ayant une faible hauteur de section, ils conviennent bien dans les applications o l'espace radial disponible est limit; leur capacit de charge est relativement leve.f) Roulements rouleaux coniques:Les rouleaux de ce roulement sont rigoureusement coniques. Leur grande base rectifie, sphrique, s'appuie contre un paulement de la bague intrieure.Leurs proprits sont les mmes que celles du roulement une range de billes contact oblique. Ils peuvent supporter des charges plus leves (contact linaire), mais leur limite de vitesse est plus basse. Ces roulements sont en gnral monts par paires en opposition.La bague extrieure, appele cuvette, est dmontable.La bague intrieure avec sa cage et ses rouleaux est aussi appele cne (Fig.2.18).Domaine dutilisation : L'utilisation de ce type dans les machines-outils, rducteurs, roues et ponts d'automobiles, roues folles de wagonnets, etc.

Figure 2.18 : Roulements rouleaux coniquesFigure 2.19 : Butes billes simple effetg) Butes billes simple effetElle comporte une range de billes roulant entre une rondelle arbre et une rondelle logement. h) Butes billes double effetLa bute billes double effet comprend deux jeux de billes, deux rondelles logement et une rondelle arbre ou rondelle mdiane. Cette rondelle possde une gorge sur chacune de ses faces. Elle est monte de faon transmettre les efforts axiaux, soit dans un sens, soit dans l'autre (fig.2.20).Domaine d'utilisation : L'utilisation principale de ces types : rducteurs de vitesse, machines-outils, etc.

Figure 2.20 : Butes billes double effetFigure 2.21: Butes billes contact oblique.i) Butes billes contact oblique:Cette bute autorise une augmentation de la vitesse de rotation et assure une plus grande rigidit axiale du montage sous la charge (Fig.2.21).j) Butes rouleaux cylindriques et aiguilles:Les butes rouleaux cylindriques et les butes aiguilles sont conues pour des montages rigides susceptibles de supporter de fortes charges ; elles sont peu sensibles aux chocs et d'un encombrement axial rduit (Fig.2.23).

Figure 2.22 : Butes rotule sur rouleaux.Figure 2.23 : Butes rouleaux cylindriques.La rondelle logement comporte un chemin de roulement sphrique, ce qui autorise un lger dversement de la rondelle logement par rapport l'axe de rotation. Dans des conditions de fonctionnement normales, les valeurs admissibles de l'angle de dversement sont d'environ deux degrs (Fig.2.22).k) Butes rotule sur rouleaux:La charge de base est trs leve et des charges radiales importantes peuvent tre aussi envisages. Ce type de butes supporte des vitesses assez leves condition que la lubrification soit parfaite.Domaine d'utilisation : L'utilisations principales de ce types: pivots de turbines, rducteurs vis sans fin, etc....2.1.3.4 Symboles des roulements:

Choix et calcul des roulements:Le choix du type de roulements dpend de la destination, du sens et de la valeur de la charge, de la vitesse angulaire, du rgime de fonctionnement et des caractristiques du montage. Lors du choix du type de roulements, il faut sinspirer des recommandations suivantes:On recommande les roulements rouleaux coniques pour les paliers soumis laction de charge axiale importante accompagne dune charge radiale. Ils supportent bien les chocs et les charges importantes variables. La capacit de charge des roulements billes est moins que celle des roulements rouleaux coniques, mais ils permettent une frquence de rotation importante.1re recommandation: 2me recommandation: Pour les paliers soumis laction dune seule charge radiale on adopte les roulements billes rigides ou les roulements rouleaux cylindriques.3me recommandation: On recommande les butes axiales avec les roulements pour charges radiales seules, si la charge axiale est considrablement plus grande que la charge radiale.Lors de la construction des machines, il faut sorienter sur lapplication des roulements billes une seule range, puisquils ont le prix bas, montage simple et possdent la capacit de charges axiales.4me recommandation: On choisit les roulements daprs la dure de service, reprsentant le nombre dheures vitesse constante que le roulement effectue avant la manifestation des premiers signes de fatigue dans la matire de lune des bagues.La dure de service du roulement est:

C et Fe en [KN] et Lh en heures; Lh 10.000 hC : Charge dynamique de base: Cest une charge radiale (pour roulements) ou axiale (pour butes) pour laquelle un groupe de roulements identiques atteint une dure nominale L de 1 million de tours de la bague intrieure, la bague extrieure tant fixe,m: (m = 3 : pour roulements . Billes et m= 3/10 pour roulements rouleaux,La dure de service du roulement est:

C et Fe en [KN] et Lh en heures; Lh 10.000 hCharge quivalente:

(*) V: Coefficient tenant compte de la bague tournante:- bague intrieure tournante: V=1-bague extrieure tournante: V=1,2Fr, Fa: charges radiale et axiale agissant sur le roulementX, Y: facteurs de la charge radiale et de la charge axiale choisis daprs les normes.Ks: Facteur de scuritKT :Facteur thermique tenant compte de la temprature de lhuile.Daprs (*) on peut obtenir:- Pour les roulements qui portent les chargent radiales seules:

- Pour les roulements qui portent les charges axiales seules:

Remarque: Lors du calcul des roulements sollicits par des charges radiales et axiales, ct des charges extrieures, il faut galement tenir compte des charges axiales conditionnes par laction des charges radiales.Lors de la dtermination de la somme algbrique de tous les efforts axiaux, on considre comme positives les forces qui diminuent le jeu intrieur dans le roulement.Pour la dmarche de calcul de roulements, on recommande lordre suivant:1- On choisit pralablement daprs les catalogues un roulement ayant une charge statique C0 et une charge dynamique C;2- On dtermine les ractions dans les paliers daprs le schma de calcule des arbres;3- Pour les roulements charge combine axiale et radiale on dtermine les composantes axiales des charges radiales daprs les formules: S = e . Fr Pour les roulements billes S = 0,83 . e . Fr Pour les roulements rouleaux coniques, O e : coefficient choisit daprs les catalogues en fonction de langle de contact de roulement (pices roulantes/laxe de rotation de larbre):4- On dtermine les charges axiales agissant sur les roulements: par exemple: si la somme de toutes les forces axiales agissant sur le palier-1 est positive alors Fr1= Faxiale-ext+S2 et Fr2=S2;SinonFr1=S1; et Fr2= Faxiale-ext+S15- On calcule la relation Fa/Fr et on fait la comparaison avec e,Si Fa/Fr e, alors X=1, Y=0Si Fa /Fr > e alors on choisit X et Y daprs les catalogues;