Fiche de révision : Conception et montage des liaisons pivots

📋 Plan du Cours

1. Caractéristiques cinématiques et efforts de la liaison pivot
2. Fonctions et architecture des liaisons pivots
3. Principes de guidage et moyens mis en œuvre dans les liaisons pivots
4. Constitution et fabrication des roulements
5. Charges supportées et normalisation des roulements
6. Types de roulements et leurs caractéristiques principales
7. Montages spécifiques des roulements à contact oblique et réglage du jeu interne

📖 1. Caractéristiques cinématiques et efforts de la liaison pivot

🔑 Notions clés & Définitions

• Degrés de liberté (ddl) : Nombre de mouvements indépendants qu'un solide peut effectuer dans l'espace, déterminant les possibilités de translation et de rotation.
• Torseur cinématique : Outil mathématique normalisé (NF E 04-015) qui exprime la vitesse d’un solide en mouvement par rapport à un autre, notamment par sa vitesse angulaire autour de l’axe de pivot.
• Liaison pivot : Liaison mécanique qui autorise un seul degré de liberté, permettant uniquement la rotation autour d’un axe fixe.

📝 Points essentiels

• La liaison pivot possède un degré de liberté égal à un, permettant uniquement la rotation autour d’un axe.
• Le torseur d’interefforts entre les deux solides de la liaison pivot comporte cinq composantes indépendantes non nulles, traduisant les efforts mécaniques transmis.

💡 À retenir

Comprendre précisément les degrés de liberté et la nature des efforts transmis dans une liaison pivot est fondamental pour analyser son comportement mécanique.

📖 2. Fonctions et architecture des liaisons pivots

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison pivot_diapo : liaison mécanique qui assure le guidage en rotation autour d’un axe tout en permettant la position relative entre deux ensembles, et qui transmet les efforts mécaniques. Elle garantit que le mouvement relatif est limité à une rotation autour d’un axe précis, tout en maintenant la stabilité et la transmission de forces.

📝 Points essentiels

• La fonction principale de la liaison pivot est d’assurer le guidage en rotation autour d’un axe tout en positionnant les ensembles et transmettant les efforts mécaniques. Elle doit permettre la rotation relative entre deux pièces ou ensembles tout en maintenant leur alignement ou leur position relative, selon le contexte d’utilisation. La liaison doit également résister aux efforts mécaniques transmis, notamment aux efforts de torsion ou de compression, tout en assurant la stabilité de l’ensemble.

• L’architecture de la liaison pivot peut être réalisée directement par formes géométriques adaptées ou par composition de liaisons élémentaires. La réalisation directe implique l’utilisation de formes géométriques spécifiques, telles que des cônes ou des rotules, qui offrent une capacité de guidage en rotation. La composition de liaisons élémentaires consiste à assembler plusieurs liaisons simples pour obtenir la fonction pivot, permettant ainsi une conception plus modulable ou adaptée à des contraintes particulières.

• Les solutions isostatiques associent deux linéaires annulaires et un contact ponctuel. Ces configurations offrent une stabilité suffisante tout en étant exemptes d’hyperstatisme, ce qui facilite leur montage et leur fonctionnement. En revanche, les solutions hyperstatiques combinent plusieurs liaisons élémentaires pour augmenter la rigidité de l’ensemble. Ces configurations présentent un degré d’hyperstatisme supérieur, permettant une meilleure résistance aux efforts et une meilleure précision de guidage, mais nécessitent un ajustement précis lors de leur assemblage.

💡 À retenir

La conception architecturale des liaisons pivots détermine leur capacité à guider, positionner et transmettre les efforts avec des degrés d’hyperstatisme adaptés, assurant ainsi un équilibre entre rigidité, précision et facilité de montage.

📖 3. Principes de guidage et moyens mis en œuvre dans les liaisons pivots

🔑 Notions clés & Définitions

• Interposition de bagues : Technique de guidage en rotation consistant à insérer des bagues telles que des coussinets ou des bagues en tôle roulée entre les surfaces en contact pour assurer le guidage.
• Éléments roulants : Dispositifs de guidage en rotation utilisant des roulements composés de billes ou rouleaux qui roulent entre deux bagues pour réduire les frottements.
• Paliers hydrostatiques : Systèmes de guidage sans contact qui utilisent un film d'huile ou d'air pour supporter la charge et permettre la rotation sans frottement direct entre surfaces.
• Paliers magnétiques : Systèmes de guidage sans contact qui utilisent des champs magnétiques pour supporter la charge et assurer la rotation sans frottement mécanique.
• Linéaire annulaire Liaisons composées Association : Surface annulaire utilisée dans les liaisons pivots, pouvant être associée à d’autres éléments pour former des liaisons composées assurant le guidage en rotation.

📝 Points essentiels

• Le guidage en rotation peut être assuré par contact direct entre surfaces ou par interposition de bagues telles que coussinets ou bagues en tôle roulée.
• L’utilisation d’éléments roulants, notamment les roulements, permet de réduire les frottements dans la liaison pivot.
• Des solutions sans contact comme les paliers hydrostatiques (huile ou air) et les paliers magnétiques sont également mises en œuvre pour le guidage.

💡 À retenir

Le guidage en rotation peut être assuré par contact direct entre surfaces ou par interposition de bagues telles que coussinets ou bagues en tôle roulée.

📖 4. Constitution et fabrication des roulements

🔑 Notions clés & Définitions

• Bague extérieure (BE) : Composant d'un roulement, elle se positionne dans le logement et supporte la charge exercée par l'arbre ou la pièce en rotation.
• Fabrication des roulements Fabrication : Processus de production spécifique comprenant la fabrication des bagues, des billes, des rouleaux et des cages, assurant la qualité et la précision nécessaires pour leur fonctionnement.

📝 Points essentiels

• Un roulement est constitué d'une bague extérieure positionnée dans le logement et d'une bague intérieure positionnée sur l’arbre.
• Les éléments roulants, billes ou rouleaux, roulent sur les chemins des deux bagues et sont maintenus à intervalles réguliers par la cage.

💡 À retenir

La structure interne et la fabrication précise des composants des roulements sont essentielles pour garantir leur fonctionnement fiable dans les liaisons pivots.

📖 5. Charges supportées et normalisation des roulements

🔑 Notions clés & Définitions

• Charge radiale : F : coefficient de frottement du roulement On peut l’exprimer sous la forme approximative suivante : CR
• Charge axiale : Force appliquée parallèlement à l'axe du roulement, que celui-ci doit supporter.
• Charge combinée : Situation où le roulement supporte simultanément des charges radiales et axiales.
• Normalisation internationale des roulements : Standardisation des dimensions, désignations et tolérances des roulements, incluant le diamètre de la bague intérieure, le diamètre de la bague extérieure et la largeur, permettant leur interchangeabilité et un choix adapté.

📝 Points essentiels

• Les roulements supportent trois types de charges : radiale, axiale et combinée (radiale et axiale).

💡 À retenir

La compréhension des charges supportées et la normalisation rigoureuse des roulements permettent un choix adapté et une interchangeabilité fiable.

📖 6. Types de roulements et leurs caractéristiques principales

🔑 Notions clés & Définitions

• Roulements à billes à contact radial : Type de roulement économique, très utilisé en petites et moyennes dimensions, supportant des charges modérées radiales, axiales et combinées.
• Roulements à billes à contact oblique : Roulements supportant tous types de charges mais uniquement des charges axiales dans un seul sens, nécessitant un montage par paires en opposition pour régler le jeu interne.
• Roulements à rotule sur billes : Roulements dont le chemin extérieur sphérique permet de tolérer des défauts d’alignement importants, supportant tous types de charges mais faiblement les charges axiales.
• Roulements à rouleaux cylindriques : Roulements supportant des charges radiales élevées, avec des vitesses de rotation assez élevées, mais peu ou pas capables de compenser les défauts d’alignement.
• Roulements à rouleaux coniques : Roulements combinant une grande capacité de charge avec une vitesse de rotation moyenne, caractérisés par des rouleaux coniques et une bague extérieure séparable.

📝 Points essentiels

• Les roulements à billes à contact radial sont économiques, polyvalents et supportent des charges modérées radiales, axiales et combinées.
• Les roulements à billes à contact oblique supportent des charges axiales dans un seul sens et nécessitent un montage par paires en opposition pour régler le jeu interne.

💡 À retenir

Les roulements à billes à contact radial sont économiques, polyvalents et supportent des charges modérées radiales, axiales et combinées.

📖 7. Montages spécifiques des roulements à contact oblique et réglage du jeu interne

🔑 Notions clés & Définitions

• Les roulements - Montages a : Assemblages spécifiques des roulements à contact oblique, souvent montés par paires en opposition, permettant de gérer les charges et la rigidité de la liaison pivot.
• Fixation latérale des bagues : Méthodes employées pour empêcher toute translation des bagues ajustées serrées, utilisant des éléments tels que circlips, écrous, entretoises ou manchons, afin d'assurer la stabilité et d'éliminer les mouvements internes parasites.

📝 Points essentiels

• Les roulements à contact oblique sont montés par paires en opposition, soit en montage en « X » avec un écartement effectif inférieur à la distance entre centres, soit en montage en « O » avec un écartement effectif supérieur.
• La fixation latérale des bagues ajustées serrées doit empêcher toute translation et éliminer les mouvements internes parasites, en utilisant des moyens comme circlips, écrous, entretoises ou manchons.
• Les épaulements d’arbre et de logement pour la fixation axiale des bagues sont réalisés par divers moyens, notamment circlips, écrous, entretoises ou manchons, pour assurer la fixation axiale et la stabilité.
• Tableau ajustements recommandés.jpg Tableau ajustements recommandés 2 bis.jpg - la tolérance sur la bague intérieure du roulement est : - la tolérance sur la bague extérieure du roulement est : - les valeurs de e et de E sont définies par les 5 classes de précision : 0-6-5-4-2 0 ed + − 0 ED + − Les roulements - Montages UTBM_Liaison pivot_diapo 46 3- Fixation latérale des bagues de roulements - les bagues, tournantes par rapport à la charge et ajustées serrées, doivent être fixées latéralement ou épaulées des deux cotés, 31 – Règle - la fixation latérale des bagues ajustées avec jeu, ou montées glissantes, doit tenir compte des points suivants : - éliminer toutes les translations possibles de l’arbre par rapport au logement, - éviter les oppositions mutuelles entre les roulements, - éliminer les mouvements internes parasites : translation d’un roulement ou d’une bague séparable sous l’action des charges, … - supporter au mieux les charges axiales.
• Les roulements - Montages UTBM_Liaison pivot_diapo 47 Combinaisons usuelles des épaulements 1 2 3 4 5 6 7 8 - bague intérieure tournante/charge - cas de 2 roulements à bagues non séparables 1 2 3 4 5 6 7 8 - bague extérieure tournante/charge - cas de 2 roulements à bagues non séparables Montage isostatique de base : Liaison rotule + Liaison linéaire annulaire Les roulements - Montages UTBM_Liaison pivot_diapo 48 Combinaisons usuelles des épaulements 1 2 3 4 5 6 7 8 - bague intérieure tournante/charge - cas de 2 roulements à bagues non séparables 1 2 3 4 5 6 7 8 - bague extérieure tournante/charge - cas de 2 roulements à bagues non séparables J J Les roulements - Montages UTBM_Liaison pivot_diapo 49 - bague intérieure tournante/charge - cas où l’un des roulements est à bagues séparables - bague extérieure tournante/charge 1 2 3 4 5 6 7 8 Les roulements - Montages UTBM_Liaison pivot_diapo 50 Combinaisons usuelles des épaulements 1 2 3 4 5 6 7 8 - bague intérieure tournante/charge - cas de 2 roulements à bagues non séparables 1 2 3 4 5 6 7 8 - bague extérieure tournante/charge - cas de 2 roulements à bagues non séparables J J Les roulements - Montages UTBM_Liaison pivot_diapo 51 Solutions usuelles pour réaliser les épaulements - épaulement d’arbre Epaulement entre arbre et bague intérieure - circlips - écrou à encoches - entretoise - bague en deux parties - manchon de serrage - manchon de démontage manchon de serrage.JPG Les roulements - Montages SNR_catalogue_Manchons.pdf 012_0211.jpg 013_0211.jpg UTBM_Liaison pivot_diapo 52 Solutions usuelles pour réaliser les épaulements - épaulement d’arbre Epaulement entre logement et bague extérieure - circlips - écrou à encoches - entretoise - chapeau centré - chapeau fileté - circlips sur la bague extérieure du roulement Les roulements - Montages UTBM_Liaison pivot_diapo 53 Montage des roulements à contacts obliques (billes et rouleaux) Du fait de leur structure particulière, ces roulements sont montés par paire et en opposition.

💡 À retenir

Les roulements à contact oblique sont montés par paires en opposition, soit en montage en « X » avec un écartement effectif inférieur à la distance entre centres, soit en montage en « O » avec un écartement effectif supérieur.

📊 Tableaux de Synthèse

Comparaison des types de roulements

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confusion entre roulements à billes et rouleaux concernant leur capacité de charge.
2. Mélanger montage en série et montage en parallèle pour les roulements.
3. Confondre roulements à contact radial et oblique dans leur support de charges.
4. Ignorer la nécessité de paires en opposition pour les roulements à contact oblique.
5. Sous-estimer l'importance de l'alignement dans le montage des roulements.
6. Confondre épaulements d'arbre et de logement dans la fixation des roulements.
7. Oublier la différence entre roulements séparables et non séparables.

✅ Checklist Examen

1. Vérifier le type de charge supportée par le roulement.
2. Contrôler l'alignement lors du montage.
3. Utiliser les épaulements appropriés pour l'arbre ou le logement.
4. Respecter les recommandations de montage pour roulements à contact oblique.
5. Vérifier la compatibilité des dimensions normalisées.
6. Assurer la lubrification adéquate.
7. Contrôler la présence de jeux internes et leur réglage.
8. Utiliser des composants de fixation adaptés (circlips, écrous, entretoises).
9. Vérifier la compatibilité des roulements avec la vitesse de rotation.
10. Respecter les recommandations du fabricant pour la fabrication et la maintenance.